[发明专利]人体上肢技能动作感测学习装置及方法

说明书

本发明公开了一种人体上肢技能动作感测学习装置及方法。包括人体上肢技能感测模块、工业机器人、机器人控制器、数据采集处理模块、技能学习模块；人体上肢技能感测模块包括肩关节检测模块、上臂臂长适应模块、肘关节检测模块、前臂旋转检测模块、前臂臂长适应模块、腕关节检测模块；由穿戴可实时感测手臂动作的人体上肢技能感测模块实时采集手臂动作，经数据采集处理模块处理并经机器人控制器来遥操作工业机器人进行技能示教，通过人体上肢技能感测模块和机器人控制器获取到的数据进行技能学习。本发明通过遥操作的方式进行工业机器人的技能示教和技能学习，示教过程直接可观、技能学习效率高，适应智能制造等领域机器人技能学习和泛化的发展需求。

技术领域

本发明涉及人体运动感知技术领域的一种肢体动作控制装置及方法，特别涉及工业机器人遥操作技能学习领域的一种人体上肢技能动作感测学习装置及方法。

背景技术

制造业从数字制造向智能制造转型升级对工业机器人智能化提出了更高的要求，智能规划、智能控制是工业机器人智能制造系统的重要组成部分，机器人遥操作技术是机器人智能控制中的一个关键技术，同时机器人遥操作还可以为机器人技能学习提供学习数据，通过学习实现机器人的智能规划。

运动捕捉技术是工业机器人遥操作的关键技术之一。根据感知原理分类，目前的运动捕捉技术主要可以分为光学式，电磁式，机械式三种。光学式感知通过视觉传感器或其他光学设备对捕捉对象进行跟踪，其采样频率高，且对操作者的运动无影响，但后期数据处理复杂，且易受环境光线，障碍物等因素干扰。电磁式感知技术主要包括感知操作者体表生物电信号或通过MEMS传感器感知绑定点的速度加速度信息以还原操作者的运动，该方式对操作者的动作有些许影响，后期数据处理复杂，易受环境因素干扰。机械式运动感知方式对操作者动作影响较大，对感知设备的安全性要求和适应性要求较高，但后期的数据处理最为简便，还原的操作者运动最为准确。

目前机器人技能编程方法需要对技能工艺进行分析，随后通过示教盒进行编程，完成一个技能的编程需要进行多次实验、调整，且编程时无法直观的感受技能的好坏。

发明内容

为了解决工业机器人传统技能编程方法编程过程不可观，编程效率低的技术问题，本发明的目的在于提供一种人体上肢技能动作感测学习装置及方法，将工业生产中操作工人的作业技能可观高效的迁移到工业机器人上。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、一种人体上肢技能动作感测学习装置：

装置包括人体上肢技能感测模块、数据采集处理模块、技能学习模块、机器人控制器、工业机器人，人体上肢技能感测模块分别经数据采集处理模块、技能学习模块后和机器人控制器连接，机器人控制器和工业机器人连接；数据采集处理模块控制人体上肢技能感测模块采集人体上肢手臂运动的角度数据并转换成机器人运动的关节角数据发送给机器人控制器，机器人控制器接收数据采集处理模块的关节角数据并转发到技能学习模块，同时根据关节角数据规划并控制工业机器人进行关节空间的运动，技能学习模块从机器人控制器收集并保存数据采集处理模块的关节角数据，将关节角数据与机器人控制器控制工业机器人产生的运动插值数据并进行学习与优化，最后生成工业机器人技能模型保存到机器人控制器中。

所述人体上肢技能感测模块采用串联式结构设计，从上到下包括依次连接的肩关节检测模块、上臂臂长适应模块、肘关节检测模块、前臂旋转传动检测模块、前臂臂长适应模块和腕关节检测模块。