本發(fā)明主要涉及機械臂應用與人機交互技術領域，具體是一種通過機器視覺捕捉環(huán)境動態(tài)及人體運動因素并控制機械臂機械運動的實時交互運動系統(tǒng)。
背景技術：
機械臂目前仍然廣泛的應用于工業(yè)制造領域，通過預設式的編程和流水線式的工作模式使機械臂高速準確的重復固定的加工動作及工序。本發(fā)明探索一種智能化的人機交互機制，通過視覺相機捕捉環(huán)境中人和事物的動態(tài)信息，然后運用參數(shù)化算法轉移成為工業(yè)機械臂的運動指令。本項技術突破了傳統(tǒng)的機器人工業(yè)化控制方法，使機械臂具備視覺觀察與判斷機制，增強了人機協(xié)作的可行性。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種建立機器人運動路徑與視覺相機的實時通訊機制，使相機捕捉的環(huán)境動態(tài)圖像信息與機器人在空間中的運動相關聯(lián)，實現(xiàn)機械臂可以根據環(huán)境的變化以及人的運動進行相關聯(lián)運動的基于計算機視覺與人機實時交互的機械臂運動系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術解決方案是：
一種基于計算機視覺與人機實時交互的機械臂運動系統(tǒng)，其特征是：包括一臺機械臂，一臺相機以及一臺電腦工作站；視覺相機固定在以捕捉運動物體為圓心的三米半徑圓周內，并與電腦工作站通過USB3.0數(shù)據線連接；機器人控制機柜通過工業(yè)以太網以TCP數(shù)據傳輸形式連接電腦工作站，機械臂控制面板進入外部控制模式并實時監(jiān)聽外部的運動指令，基于Java語言的數(shù)字化運算平臺實時處理數(shù)據的交互；
工作過程：將機械臂的實時運動狀態(tài)通過網線以XML數(shù)據形式由機械臂控制機柜傳送到電腦工作器的服務器上，基于Java語言的數(shù)字化運算平臺實時分析機器人的狀態(tài)，并處理視覺相機捕捉的物體運動信息，將運動數(shù)據通過JavaScript編程轉化為實時的機械臂運動路徑，同時運行逆向動力學檢查工具比較機械臂的實際空間坐標與視覺攝像機轉化的即時移動數(shù)據的匹配性，排除限位的軌跡以及糾正可能發(fā)生的碰撞軌跡，生成安全可靠的機器人運動語言，再通過TCP數(shù)據協(xié)議寫入處于外部控制狀態(tài)的機器人控制面板中，生成機械臂運動的運行程序，并以不斷循環(huán)的方式指揮機械臂在空間中的實時交互運動。
所述在空間中的實時交互運動包括移動，加速，減速，停止以及軸部旋轉，循環(huán)周期在20ms。
視覺相機放在以捕捉物體為中心的三米半徑圓周內，高度設置在2.5米高； 視覺相機通過USB 3.0接口數(shù)據線將物體運動的灰度圖像通過網絡終端發(fā)送到計算機的Socket上。
視覺相機通過光學動作實時捕捉、記錄物體在真實三維空間中的運動軌跡或姿態(tài)，并在虛擬三維空間中重建運動物體每一時刻運動狀態(tài)，這些空間坐標通過以太網XML數(shù)據監(jiān)聽協(xié)議,以20ms的速率被實時傳送到電腦工作站的服務器；這些實時數(shù)據通過java語言轉譯為機械臂的實時世界坐標的三維向量信息以X，Y，Z和A，B，C 6組數(shù)值不斷傳送給機械臂的控制中心，其中XYZ表示為機器人工具坐標中心距離世界坐標原點在三個維度上的位移，而A,B,C則是該坐標的向量分別相對于X,Y,Z軸旋轉的角度。
本發(fā)明建立機器人運動路徑與視覺相機的實時通訊機制，使相機捕捉的環(huán)境動態(tài)圖像信息與機器人在空間中的運動相關聯(lián)，實現(xiàn)機械臂可以根據環(huán)境的變化以及人的運動進行相關聯(lián)的運動，比如移動，加速，減速，停止以及軸部旋轉等。這種關聯(lián)是建立在機械臂與視覺相機數(shù)據交互的實時關聯(lián)的數(shù)學機制之上的，因此具有普適性，也可以拓展于機械裝置在虛擬現(xiàn)實及工業(yè)智能化中人機交互方面的技術應用。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖1是本發(fā)明一個實施例的結構示意圖。
圖1標號：1為視覺攝像機；2為計算機通訊終端；3為基于JAVA語言的機器人路徑計算程序；4為機器人控制設備；5和6為人機交互通訊端口；7為機械臂本體。
具體實施方式
一種基于計算機視覺與人機實時交互的機械臂運動系統(tǒng)，包括一臺機械臂，一臺相機以及一臺電腦工作站；視覺相機固定在以捕捉運動物體為圓心的三米半徑圓周內，并與電腦工作站通過USB3.0數(shù)據線連接；機器人控制機柜通過工業(yè)以太網以TCP數(shù)據傳輸形式連接電腦工作站，機械臂控制面板進入外部控制模式并實時監(jiān)聽外部的運動指令，基于Java語言的數(shù)字化運算平臺實時處理數(shù)據的交互；
工作過程：將機械臂的實時運動狀態(tài)通過網線以XML數(shù)據形式由機械臂控制機柜傳送到電腦工作器的服務器上，基于Java語言的數(shù)字化運算平臺實時分析機器人的狀態(tài)，并處理視覺相機捕捉的物體運動信息，將運動數(shù)據通過JavaScript編程轉化為實時的機械臂運動路徑，同時運行逆向動力學檢查工具比較機械臂的實際空間坐標與視覺攝像機轉化的即時移動數(shù)據的匹配性，排除限位的軌跡以及糾正可能發(fā)生的碰撞軌跡，生成安全可靠的機器人運動語言，再通過TCP數(shù)據協(xié)議寫入處于外部控制狀態(tài)的機器人控制面板中，生成機械臂運動的運行程序，并以不斷循環(huán)的方式指揮機械臂在空間中的實時交互運動。
所述在空間中的實時交互運動包括移動，加速，減速，停止以及軸部旋轉，循環(huán)周期在20ms。
視覺相機放在以捕捉物體為中心的三米半徑圓周內，高度設置在2.5米高； 視覺相機通過USB 3.0接口數(shù)據線將物體運動的灰度圖像通過網絡終端發(fā)送到計算機的Socket上。
視覺相機通過光學動作實時捕捉、記錄物體在真實三維空間中的運動軌跡或姿態(tài)，并在虛擬三維空間中重建運動物體每一時刻運動狀態(tài)，這些空間坐標通過以太網XML數(shù)據監(jiān)聽協(xié)議,以20ms的速率被實時傳送到電腦工作站的服務器；這些實時數(shù)據通過java語言轉譯為機械臂的實時世界坐標的三維向量信息以X，Y，Z和A，B，C 6組數(shù)值不斷傳送給機械臂的控制中心，其中XYZ表示為機器人工具坐標中心距離世界坐標原點在三個維度上的位移，而A,B,C則是該坐標的向量分別相對于X,Y,Z軸旋轉的角度。