[发明专利]一种机械臂手持通用示教系统及其操作方法

权利要求书

1.一种机械臂手持通用示教系统，其特征在于：包括手持交互示教器(1)、深度相机Kinect(2)、ROS上位机(3)和机械臂(4)，所述手持交互示教器(1)与用户直接交互可识别自身姿态并进行手动控制；所述深度相机Kinect(2)可识别用户两手腕的空间位置；所述手持交互示教器(1)与所述深度相机Kinect(2)采集的数据经过所述ROS上位机(3)进行分析，完成所述机械臂(4)的运动学分析与路径规划；所述ROS上位机(3)与所述机械臂(4)通过以太网连接，所述ROS上位机(3)的计算结果控制机械臂(4)按照规划好的路径运动；用户通过所述手持交互示教器(1)与所述深度相机Kinect(2)分别控制机械臂(4)的姿态和位移，使机械臂(4)末端快速进入相应示教点。

2.根据权利要求1所述机械臂手持通用示教系统，其特征在于：所述手持交互示教器(1)包括一个主控制器(1-4)和与其相连的手动操控模块(1-6)，所述手动操控模块(1-6)包括位姿控制单元(1-6-1)、姿态跟踪键(1-6-2)、位置捕获键(1-6-3)、数据记录键(1-6-4)、姿态校准键(1-6-5)。

3.根据权利要求2所述机械臂手持通用示教系统，其特征在于：所述手持交互示教器(1)还包括与主控制器(1-4)相连的OLED显示屏(1-3)和蓝牙通信模块(1-5)；所述OLED显示屏(1-3)显示所述手持交互示教器(1)上传的机械臂控制信息、操作指令及所述ROS上位机(3)反馈回的机械臂状态；所述蓝牙通信模块(1-5)实现所述手持交互示教器(1)与所述ROS上位机(3)的相互无线通信。

4.根据权利要求1所述机械臂手持通用示教系统，其特征在于：所述ROS上位机(3)是基于Linux的开源机器人操作系统ROS设计的，具备很好的通用性；所述手持交互示教器(1)和所述深度相机Kinect(2)可控制多种基于机器人操作系统ROS的机器人，通用性好。

5.根据权利要求4所述机械臂手持通用示教系统，其特征在于，所述ROS上位机(3)由机械臂控制模块(3-1)、机械臂仿真模块(3-2)、数据接收处理模块(3-3)、显示终端(3-4)和数据存储模块(3-5)构成；在缺少机器人的情况下，通过所述机械臂仿真模块(3-2)进行机械臂仿真并在所述显示终端(3-4)显示，仿真时存储所述机械臂运行数据，用于实际机械臂的示教再现。

6.根据权利要求1所述机械臂手持通用示教系统，其特征在于，所述手持交互示教器(1)的姿态控制模块(1-1)中有加速度计(1-1-2)、陀螺仪(1-1-1)、磁力计(1-1-3)共同应用于姿态识别，识别的数据在所述主控制器(1-4)中进行融合并转化为机械臂的控制姿态。

7.根据权利要求5所述机械臂手持示教系统，其特征在于：所述手持交互示教器(1)被设置成棍棒状形状，这与机械臂末端执行器相似，增加了用户的示教沉浸感，可单手手持。

8.一种机械臂手持通用示教系统的操作方法，采用根据权利要求1所述机械臂手持通用示教系统进行操作，其特征在于操作步骤为：

(1)搭建机械臂手持通用示教系统，完成手持通用示教系统各部分的连接，通过所述姿态校准键(1-6-5)，进行所述姿态控制模块(1-1)的在线校准；所述手持交互示教器向所述ROS上位机发送开始信号，示教系统开始工作；

(2)用户手持所述手持交互示教器到示教点期望姿态，机械臂自动调整姿态与所述手持交互示教器同步，按下所述姿态跟踪键(1-6-2)，锁定当前机械臂姿态；

(3)用户观察当前机械臂位置与示教点位置的关系，并通过两手腕进行描述；长按所述位置捕获键(1-6-3)，所述深度相机Kinect将两手腕相对位置信息补偿到所述手持交互示教器上传的位置信息中，机械臂运动到指定示教点附近；

(4)松开位置捕获按键(1-6-3)，用当前机械臂的位置信息更新所述手持交互示教器的位置控制信息；通过所述手持交互示教器的位姿控制单元(1-1-1)，微调当前机械臂的位姿，并通过所述数据记录键(1-6-4)，记录调整好的机械臂状态；

(5)再次按下所述姿态跟踪键(1-6-2)，解除机械臂姿态的锁定，依次完成各示教点。