[发明专利]一种面向空中作业机器人的人机协作系统及方法

说明书

本发明公开了一种面向空中作业机器人的人机协作系统，系统包括：多自由度遥操作设备，感知传感器单元，自动驾驶模块与处理及可视化平台。其中多自由度遥操作设备在操作员的操控下提供空中作业机器人的控制指令，感知传感器实时感知环境信息，包括环境点云、图像。环境信息通过处理及可视化平台传递给操作员。处理及可视化平台负责操作员控制指令与机器人传感器信息的整合，并最终发送指令给自动驾驶模块，实现对机器人的控制。基于本发明提出的系统，操作员可以友好的实现对空中作业机器人的人机交互控制，使其能够顺利完成作业。

技术领域

本发明涉及空中作业机器人的控制与规划领域，具体涉及一种面向空中作业机器人的人机协作系统及方法。

背景技术

对于很多复杂、危险且人无法到达或不易到达的环境下的作业任务，如海洋环境、高空环境、火灾环境等环境下的作业，人们可以借助空中作业机器人的帮助来解决问题。在这些复杂环境作业时，全自动作业往往困难且效率低下，半自主的人机协同作业往往更加友好。人可以通过图像信息、环境可视化信息、力交互信息的反馈，结合人主观能动性，可实时远距离操作空中作业机器人人机协同作业。

现有的人机协同平台，由于缺乏对人的意图的充分提取，往往只能做到遥控空中机器人，或指定空中机器人的运动路径点使其能够进行大范围的运动。此类系统往往用于空中拍摄、检测或大范围的作业任务例如农药喷洒。但对于复杂环境的运动和需要精细操作的空中作业任务，此类系统难以实现。

综上所述，凭借空中作业机器人的人机协同作业系统进行复杂危险环境的作业任务，可大大节省成本，提高作业效率，保障人身安全。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种面向空中作业机器人的人机协作系统及方法，具体技术方案如下：

一种面向空中作业机器人的人机协作系统，该系统包括：

感知传感器单元，安装在空中作业机器人上，用于感知空中作业机器人的所处环境，并将感知到的图像信息与环境点云信息实时反馈给处理单元；

自动驾驶模块，安装在空中作业机器人上，通过无人机通讯协议与其他模块进行通信，从而控制空中作业机器人的飞行和作业运动；

多自由度遥操作设备，被操作员操作，并将其运动信息映射到空中作业机器人；

处理及可视化平台，安装在上位主机上，接收所述感知传感器单元感知到的图像信息与环境点云信息实时反馈给用户，使用户感知到作业机器人周围的信息；接收所述多自由度遥操作设备子系统反馈的操作员的运动信息，运行半自主避障人机协同作业算法，计算期望轨迹，并将其发送给所述自动驾驶模块，由其控制空中作业机器人控制执行修正后的期望轨迹。

进一步地，所述感知传感器单元为RGBD深度相机或者RGB相机与激光雷达相结合。

进一步地，所述空中作业机器人包括无人机本体以及并联安装在所述无人机本体下方的三自由度delta构型并联机械臂，所述机器臂的末端用于安装作业机构、传感装置或其他额外机构，用于适应不同的工况。

进一步地，所述多自由度遥操作设备具备两种操作模式，当空中作业机器人处于移动状态时，所述多自由度遥操作设备末端的XYZ轴的位置信息线性对应机器人本体XYZ轴的速度信息；当空中作业机器人处于作业状态时，所述多自由度遥操作设备末端的位置和姿态线性对应作业机器人机械臂末端的位置和姿态。

进一步地，所述感知传感器单元还包括位于作业机构上的力-力矩传感器，用于实时将作业过程中产生的力反馈给多自由度遥操作设备，被操作员感知。

一种面向空中作业机器人的人机协作方法，该方法基于人机协作系统来实现；

安装在空中作业机器人上的感知传感器单元获取环境图像信息与环境点云信息，并将其发送给处理及可视化平台，展示给操作员；