[发明专利]一种机械臂手持通用示教系统及其操作方法

说明书

本发明公开了一种机械臂手持通用示教系统及其操作方法，系统包括手持交互示教器、深度相机Kinect、ROS上位机和机械臂。手持交互示教器与用户直接交互可以识别自身姿态并进行手动控制。深度相机Kinect可以识别用户两手腕的空间位置。手持交互示教器与深度相机Kinect采集的数据经过ROS上位机的数据处理模块进行分析处理，并在机械臂控制模块中进行运动学分析与路径规划。ROS上位机与机械臂通过以太网连接，ROS上位机的计算结果经机械臂控制器驱动机械臂本体按照规划好的路径运动。用户通过手持交互示教器与深度相机Kinect对机械臂进行无线示教，使机械臂末端快速进入相应示教点，可控制多种基于机器人操作系统ROS的机器人，示教方法及过程简单，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明主要涉及一种机械臂手持通用示教系统及其操作方法，属机器人技术与应用领域。可解决现有技术在机械臂示教时，示教过程复杂、通用性差的问题。

技术背景

近几年机器人技术发展迅速，越来越多的机器人被投入到生产应用中，用工业机器人代替人工生产已经成为未来制造业的一种发展趋势。机器人示教器作为人与工业机器人交互的核心设备，被广泛地应用于各行各业。

传统的机器人示教器将编程功能集成到示教器上,虽然方便在线编程,但是也增加了示教器的体积和重量。用户需要两只手同时工作，人机交互不自然，对用户的要求高，通用性差。此外，传统的机器人示教器只能通过摇杆、按键和触摸屏进行指令输入，难以调节三维的空间位姿，示教过程繁琐、费时，占用大量时间。将自然、高效的人机交互技术引入到示教工作中，具有重要研究价值。

如中国发明专利CN110193816A所公开的工业机器人示教方法、手柄及系统，其根据惯性测量单元和三个拉线式传感器分别确定手柄的姿态与位置，进而生成工业机器人末端执行器的运动轨迹。但是工业惯性测量单元价格昂贵，示教成本高。三个拉线式传感器在示教过程中必须从不同方向与手柄外壳底端直接相连，受线的限制，操作麻烦。如CN110125944A所公开的一种机械臂示教系统和方法,若干个红外摄像机组成视觉运动捕捉模块，通过捕捉示教装置上的标记点确定示教装置的位置与姿态，该方法设备昂贵且功能单一。

发明内容

针对现有技术的不足和缺陷，本发明的目的是提供一种机械臂的手持通用示教系统及其操作方法。该示教系统能够快速调整机械臂的位置与姿态，并进行记录。用户无需具备专业的操作技能,就能快速地操作机器臂。

为了实现上述方面目的，本发明采用如下技术方案：

一种机械臂手持通用示教系统，包括手持交互示教器、深度相机Kinect、ROS上位机和机械臂，所述手持交互示教器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可识别用户两手腕的空间位置；所述手持交互示教器与所述深度相机Kinect采集的数据经过所述ROS上位机进行分析，完成所述机械臂的运动学分析与路径规划；所述ROS上位机与所述机械臂通过以太网连接，所述ROS上位机的计算结果控制机械臂按照规划好的路径运动；用户通过所述手持交互示教器与所述深度相机Kinect分别控制机械臂的姿态和位移，使机械臂末端快速进入相应示教点。

优选地，所述手持交互示教器包括一个主控制器和与其相连的手动操控模块，所述手动操控模块包括位姿控制单元、姿态跟踪键、位置捕获键、数据记录键、姿态校准键。优选地，所述位姿控制单元可手动改变机械臂末端执行器位置与姿态；所述姿态跟踪键可激活和失能姿态控制模块；所述位置捕获键，可以使能和失能深度相机Kinect对机械臂位置的控制。所述数据记录键在ROS上位机记录当前机械臂的状态。所述姿态校准键可在线校准姿态控制模块各传感器。

优选地，所述手持交互示教器还包括与主控制器相连的OLED显示屏和蓝牙通信模块；所述OLED显示屏显示所述手持交互示教器上传的机械臂控制信息、操作指令及所述ROS上位机反馈回的机械臂状态；所述蓝牙通信模块实现所述手持交互示教器与所述ROS上位机的相互无线通信。