人体上肢技能动作感测学习装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。习和泛化的发展需求。习和泛化的发展需求。

【技术实现步骤摘要】
人体上肢技能动作感测学习装置及方法


[0001]本专利技术涉及人体运动感知
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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]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，本专利技术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。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一、一种人体上肢技能动作感测学习装置：
[0008]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。
[0009]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。
[0010]肩关节检测模块包括肩关节固定连杆、角度传感器一、联轴器一、肩展收
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旋转连接杆、角度传感器二、联轴器二、肩旋转
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屈伸连接杆、角度传感器三和联轴器三；角度传感器一固定安装在肩关节固定连杆上，人体的肩膀绑定在肩关节固定连杆上，角度传感器一的输入端经联轴器一和L形的肩展收
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旋转连接杆的一端固定连接；角度传感器二固定安装在肩展收
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旋转连接杆的另一端，角度传感器二的输入轴经联轴器二和L形的肩旋转
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屈伸连接杆的一端固定连接；角度传感器三固定安装在肩旋转
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屈伸连接杆的另一端，角度传感器三的输入轴经联轴器三和上臂臂长适应模块的条形的上臂连杆一的一端固定连接。
[0011]上臂臂长适应模块包括上臂连杆一、上臂连杆二、上臂人机接触单元，上臂连杆一另一端和上臂连杆二一端可调节长度地固定连接，上臂连杆二中部上安装有上臂人机接触单元，手臂的后臂绑定在上臂人机接触单元上。
[0012]肘关节检测模块包括角度传感器四和联轴器四，角度传感器四固定安装在上臂连杆二另一端上，角度传感器四的输入轴经联轴器四和前臂旋转传动检测模块的条形的前臂连杆一的一端固定连接。
[0013]前臂旋转传动检测模块包括前臂连杆一、角度传感器五、角度传感器安装架、齿轮齿条安装架、小齿轮、弧形齿条和齿轮齿条安装架挡板；前臂连杆一另一端固定安装角度传感器安装架和齿轮齿条安装架，角度传感器安装架上固定安装角度传感器五，角度传感器五的输入轴和小齿轮同轴连接；齿轮齿条安装架挡板与齿轮齿条安装架通过螺栓连接，弧形齿条通过微型滚轮型轴承可旋转地装夹在齿条安装架挡板与齿轮齿条安装架之间，小齿轮通过轴承钢珠可旋转地装夹在齿条安装架挡板与齿轮齿条安装架之间，弧形齿条和小齿轮相啮合，前臂臂长适应模块的前臂连杆二一端和弧形齿条固定连接。
[0014]前臂臂长适应模块包括前臂连杆二、前臂连杆三、前臂人机接触单元，前臂连杆二另一端和前臂连杆三一端可调节长度地固定连接，前臂连杆三中部上安装有前臂人机接触单元，手臂的前臂绑定在前臂人机接触单元上。
[0015]腕关节检测模块包括腕倾斜运动检测部分和腕屈伸运动检测部分；腕倾斜运动检测部分包括角度传感器六和联轴器五，角度传感器六固定安装在前臂连杆三的另一端，角度传感器六的输入轴经联轴器五和腕屈伸运动检测部分的L形的倾斜
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屈伸连接杆的一端固定连接；腕屈伸运动检测部分包括腕倾斜
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屈伸连接杆、角度传感器七、联轴器六和腕屈伸连接杆，角度传感器七固定安装在腕倾斜
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屈伸连接杆的另一端，角度传感器七的输入轴经联轴器六和L形的腕屈伸连接杆的一端固定连接，腕屈伸连接杆的一端安装有握把，人手握持在握把上。
[0016]所述的角度传感器二的输入轴和角度传感器一的输入轴相垂直布置，角度传感器三的输入轴和角度传感器二的输入轴相垂直布置，角度传感器四的输入轴和角度传感器三的输入轴相平行布置，角度传感器五的输入轴和角度传感器四的输入轴相垂直布置，角度传感器六的输入轴和角度传感器五的输入轴相垂直布置，角度传感器七的输入轴和角度传感器六的输入轴相垂直布置。
[0017]所述的上臂连杆一和上臂连杆二之间通过设置直线排列的多个连接孔，螺栓选择性穿过其中一个连接孔将上臂连杆一和上臂连杆二之间进行长度调节连接；所述的前臂连
杆二和前臂连杆三之间通过设置直线排列的多个连接孔，螺栓选择性穿过其中一个连接孔将前臂连杆二和前臂连杆三之间进行长度调节连接。
[0018]二、一种人体上肢技能感测学习方法，方法包括如下步骤：
[0019]1)根据示教者前臂与上臂的长度，通过所述上臂臂长适应模块与前臂臂长适应模块调整人体上肢技能感测模块上臂与前臂的臂长至适当的长度。
[0020]随后示教者通过上臂人机接触单元、前臂人机接触单元、腕屈伸连杆握把与人体上肢建立接触关系。
[0021]2)由示教者运动并带动人体上肢技能感测模块进行同步运动，数据采集处理模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人体上肢技能动作感测学习装置，其特征在于：包括人体上肢技能感测模块(1)、数据采集处理模块(2)、技能学习模块(3)、机器人控制器(4)、工业机器人(5)，人体上肢技能感测模块(1)分别经数据采集处理模块(2)、技能学习模块(3)后和机器人控制器(4)连接，机器人控制器(4)和工业机器人(5)连接；数据采集处理模块(2)控制人体上肢技能感测模块(1)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(4)，机器人控制器(4)接收数据采集处理模块(2)的关节角数据并转发到技能学习模块(3)，同时根据关节角数据规划并控制工业机器人(5)进行关节空间的运动，技能学习模块(3)从机器人控制器(4)收集并保存数据采集处理模块(2)的关节角数据，将关节角数据与机器人控制器(4)控制工业机器人(5)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(4)中。2.根据权利要求1所述的一种人体上肢技能动作感测学习装置，其特征在于：所述人体上肢技能感测模块(1)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；肩关节检测模块包括肩关节固定连杆(6)、角度传感器一(7)、联轴器一(8)、肩展收
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旋转连接杆(9)、角度传感器二(10)、联轴器二(11)、肩旋转
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屈伸连接杆(12)、角度传感器三(13)和联轴器三(14)；角度传感器一(7)固定安装在肩关节固定连杆(6)上，人体的肩膀绑定在肩关节固定连杆(6)上，角度传感器一(7)的输入端经联轴器一(8)和L形的肩展收
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旋转连接杆(9)的一端固定连接；角度传感器二(10)固定安装在肩展收
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旋转连接杆(9)的另一端，角度传感器二(10)的输入轴经联轴器二(11)和L形的肩旋转
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屈伸连接杆(12)的一端固定连接；角度传感器三(13)固定安装在肩旋转
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屈伸连接杆(12)的另一端，角度传感器三(13)的输入轴经联轴器三(14)和上臂臂长适应模块的条形的上臂连杆一(15)的一端固定连接；上臂臂长适应模块包括上臂连杆一(15)、上臂连杆二(16)、上臂人机接触单元(17)，上臂连杆一(15)另一端和上臂连杆二(16)一端可调节长度地固定连接，上臂连杆二(16)中部上安装有上臂人机接触单元(17)，手臂的后臂绑定在上臂人机接触单元(17)上；肘关节检测模块包括角度传感器四(18)和联轴器四(19)，角度传感器四(18)固定安装在上臂连杆二(16)另一端上，角度传感器四(18)的输入轴经联轴器四(19)和前臂旋转传动检测模块的条形的前臂连杆一(20)的一端固定连接；前臂旋转传动检测模块包括前臂连杆一(20)、角度传感器五(22)、角度传感器安装架(21)、齿轮齿条安装架(23)、小齿轮(26)、弧形齿条(25)和齿轮齿条安装架挡板(27)；前臂连杆一(20)另一端固定安装角度传感器安装架(21)和齿轮齿条安装架(23)，角度传感器安装架(21)上固定安装角度传感器五(22)，角度传感器五(22)的输入轴和小齿轮(26)同轴连接；齿轮齿条安装架挡板(27)与齿轮齿条安装架(23)通过螺栓连接，弧形齿条(25)通过微型滚轮型轴承(24)可旋转地装夹在齿条安装架挡板(27)与齿轮齿条安装架(23)之间，小齿轮(26)通过轴承钢珠(28)可旋转地装夹在齿条安装架挡板(27)与齿轮齿条安装架(23)之间，弧形齿条(25)和小齿轮(26)相啮合，前臂臂长适应模块的前臂连杆二(29)一端和弧形齿条(25)固定连接；前臂臂长适应模块包括前臂连杆二(29)、前臂连杆三(31)、前臂人机接触单元(30)，前
臂连杆二(29)另一端和前臂连杆三(31)一端可调节长度地固定连接，前臂连杆三(31)中部上安装有前臂人机接触单元(30)，手臂的前臂绑定在前臂人机接触单元(30)上；腕关节检测模块包括腕倾斜运动检测部分和腕屈伸运动检测部分；腕倾斜运动检测部分包括角度传感器六(32)和联轴器五(33)，角度传感器六(32)固定安装在前臂连杆三(31)的另一端，角度传感器六(32)的输入轴经联轴器五(33)和腕屈伸运动检测部分的L形的倾斜
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屈伸连接杆(34)的一端固定连接；腕屈伸运动检测部分包括腕倾斜
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屈伸连接杆(34)、角度传感器七(35)、联轴器六(36)和腕屈伸连接杆(37)，角度传感器七(35)固定安装在腕倾斜
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屈伸连接杆(34)的另一端，角度传感器七(35)的输入轴经联轴器六(36)和L形的腕屈伸连接杆(37)的一端固定连接，腕屈伸连接杆(37)的一端安装有握把，人手握持在握把上。3.根据权利要求2所述的一种人体上肢技能动作感测学习装置，其特征在于：所述的角度传感器二(10)的输入轴和角度传感器一(7)的输入轴相垂直布置，角度传感器三(13)的输入轴和角度传感器二(10)的输入轴相垂直布置，角度传感器四(18)的输入轴和角度传感器三(13)的输入轴相平行布置，角度传感器五(22)的输入轴和角度传感器四(18)的输入轴相垂直布置，角度传感器六(32)的输入轴和角度传感器五(22)的输入轴相垂直布置，角度传感器七(35)的输入轴和角度传感器六(32)的输入轴相垂直布置。4.根据权利要求2所述的一种人体上肢技能动作感测学习装置，其特征在于：所述的上臂连杆一(15)和上臂连杆二(16)之间通过设置直线排列的多个连接孔，螺栓选择性穿过其中一个连接孔将上臂连杆一(15)和上臂连杆二(16)之间进行长度调节连接；所述的前臂连杆二(29)和前臂连杆三(31)之间通过设置直线排列的多个连接孔，螺栓选择性穿过其中一个连接孔将前臂连杆二(29)和前臂连杆三(31)之间进行长度调节连接。5.应用于权利要求1
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4任一所述人体上肢技能动作感测学习装置的一种人体上肢技能感测学习方法，其特征在于：方法包括如下步骤：1)根据示教者前臂与上臂的长度，通过所述上臂臂长适应模块与前臂臂长适应模块调整人体上肢技能感测模块上臂与前臂的臂长至适当的长度。随后示教者通过上臂人机接触单元、前臂人机接触单元、腕屈伸连杆握把与人体上肢建立接触关系。2)由...

【专利技术属性】
技术研发人员：张恩政，李子文，陈本永，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：