[发明专利]人机协作控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种人机协作控制系统，其特征在于，所述人机协作控制系统包括机械手臂模块、集成控制柜及移动小车模块，其中：

所述移动小车模块承载所述机械手臂模块及所述集成控制柜并移动；

所述集成控制柜用于采集周围环境，并对采集的周围环境信息进行传输及数据处理，以形成控制指令，并根据所述控制指令控制所述移动小车模块的运行，以及所述机械手臂模块的动作；

所述集成控制柜包含智能感知模块、机器视觉模块、机械手臂控制器、动作捕捉模块及远程传输控制模块，其中：

所述智能感知模块用于感知障碍物，并将所述障碍物信息发送至所述远程传输控制模块；

所述机器视觉模块用于对周围环境进行拍摄，把周围环境画面传输给所述远程传输控制模块；

所述动作捕捉模块安装有摄像采集周围环境的相机，机械手臂控制器和远程传输控制模块用于数据处理、控制所述机械手臂模块，以及远程传输控制模块用于数据的传输和指令的接收；

所述动作捕捉模块包括动作捕捉相机及标记点，所述标记点通过对人体手臂的标记进行关节和刚体的建模，所述动作捕捉相机采集人体手臂运动姿态和数据，传输给所述机械手臂控制器；

所述机械手臂控制器对人体手臂姿态和数据进行数据处理，形成控制指令，并将所述控制指令传输给所述远程传输控制模块，再由所述远程传输控制模块发给所述机械手臂模块，以实现最终的人机协作。

2.如权利要求1所述的人机协作控制系统，其特征在于，所述智能感知模块包括激光传感器和声波传感器，所述激光传感器通过激光反射侦测周围的障碍物，所述声波传感器通过声波反射侦测周围障碍物；

所述远程传输控制模块根据所述障碍物信息建立三维周围环境图，将所述三维周围环境图发给所述移动小车模块和所述机械手臂控制器，并遇到障碍物时向所述远程传输控制模块发出危险信号，以保证所述移动小车模块和所述机械手臂模块工作时的安全和避障。

3.如权利要求2所述的人机协作控制系统，其特征在于，所述机器视觉模块包括摄像机和深度学习相机，其中：

所述深度学习相机基于深度学习算法对周围物体进行识别，识别后调用已有数据库模型，修正所述三维周围环境图，在所述三维周围环境图中操控所述机械手臂模块进行工作；

所述摄像机对周围环境进行拍摄，并将周围环境画面传输给所述远程传输控制模块，所述远程传输控制模块根据所述周围环境画面进行实时监控。

4.如权利要求1所述的人机协作控制系统，其特征在于，所述动作捕捉模块对人体手臂空间运动轨迹进行捕捉并微分，求取人体手臂空间运动轨迹的线速度，利用运动学公式将单位时间内的人体手臂空间运动轨迹的线速度转化为所述机械手臂模块的电机转动角速度，以实现通过人眼反馈控制机械手臂模块的启动和停止。

5.一种基于权利要求1所述的人机协作控制系统的人机协作控制方法，其特征在于，所述人机协作控制方法包括：

控制所述移动小车模块移动到目的地；

在所述移动小车模块移动期间，所述智能感知模块自动感知周围环境，为所述移动小车模块的避障和移动轨迹规划提供数据；

所述移动小车模块移动到目的地后，所述智能感知模块先对周围环境进行仔细扫描并建立三维周围环境图，所述机器视觉模块通过深度学习相机和人眼识别，对周围物体进行定义，调动已有数据库模型，修正三维周围环境图；

工程师在所述动作捕捉模块下，穿戴带有所述标记点的装备进行运动轨迹记录，通过对空间坐标内的运动轨迹进行微分，得到单位时间内的空间速度向量，通过机器人逆运动学求解出机械手臂模块中的各个电机的转动角速度，作为各个电机的启停控制条件，从而控制机械手臂模块进行即时运动；

在所述机械手臂模块运动过程中，通过三维周围环境图和人眼反馈对所述机械手臂模块进行控制，所述机械手臂模块靠近障碍物时，自动停止并重新根据目标点规划避障轨迹；人眼反馈控制通过动作捕捉相机对周围环境进行拍摄，通过人眼观察和对人手的运动速度的控制，以达到对电机转动角速度控制。