一種遙操作隨動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及機(jī)器人控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種遙操作隨動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)及其控制方法，包括：主端人體姿態(tài)采集單元，主端人體姿態(tài)采集單元包括主端主控板和能夠?qū)崟r(shí)檢測人體各關(guān)節(jié)部位的動(dòng)作姿態(tài)的多個(gè)采集板，各采集板均與主端主控板電連接；以及從端機(jī)器人；其中，通過各采集板分別獲取能夠代表人體的各關(guān)節(jié)部位的動(dòng)作姿態(tài)的四元數(shù)，并將各四元數(shù)分別傳輸給主端主控板，通過主端主控板利用人體姿態(tài)解算算法對各四元數(shù)進(jìn)行解算，以得到代表人體的各關(guān)節(jié)部位的關(guān)節(jié)角度的電信號(hào)，并將該電信號(hào)傳輸給從端機(jī)器人的從端主控板，從而使得從端機(jī)器人能夠跟隨人體做出相同的動(dòng)作姿態(tài)。該控制系統(tǒng)具有控制直接和較好的人機(jī)交互的柔順性的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種遙操作隨動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種遙操作隨動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)及其控制方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著對資源開發(fā)、核廢料清理、高壓高危作業(yè)、外科手術(shù)以及康復(fù)護(hù)理等工作需求的不斷擴(kuò)大，研究遙操作控制技術(shù)，使其替代人來完成相應(yīng)特種工作的需求更加迫切。其中，遙操作控制技術(shù)特別適合應(yīng)用于人們難以接近或?qū)θ梭w有害的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境作業(yè)，以及也同樣適用于醫(yī)療看護(hù)等領(lǐng)域中。即，操作者可處在安全便利的環(huán)境，遠(yuǎn)程操作從端機(jī)械人進(jìn)行作業(yè)。
[0003]目前，使用較為廣泛的遙操作控制方式主要是通過搭建主端機(jī)器人和從端機(jī)器人，利用操作者的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合從端機(jī)器人的反饋信息，通過控制主端機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)從端機(jī)器人的相對運(yùn)動(dòng)。
[0004]然而，現(xiàn)有的遙操作控制系統(tǒng)由于需要配備相應(yīng)的主端機(jī)器人，因而，存在使得遙操作控制系統(tǒng)繁雜以及不能直接地控制從端機(jī)器人做出與主端機(jī)器人相同動(dòng)作的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)要解決的技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種遙操作隨動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)及其控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的遙操作控制系統(tǒng)繁雜以及不能夠直接地控制從端機(jī)器人做出與主端機(jī)器人相同動(dòng)作的問題。
[0007](二)技術(shù)方案
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種遙操作隨動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括:能夠穿戴在人體上的主端人體姿態(tài)采集單元，所述主端人體姿態(tài)采集單元包括主端主控板和能夠?qū)崟r(shí)檢測人體各關(guān)節(jié)部位的動(dòng)作姿態(tài)的多個(gè)采集板，各所述采集板均與所述主端主控板電連接；以及從端機(jī)器人;其中，通過各所述采集板分別獲取能夠代表人體的各關(guān)節(jié)部位的動(dòng)作姿態(tài)的四元數(shù)，并將各所述四元數(shù)分別傳輸給所述主端主控板， 通過所述主端主控板利用人體姿態(tài)解算算法對各所述四元數(shù)進(jìn)行解算，以得到代表人體的各關(guān)節(jié)部位的關(guān)節(jié)角度的電信號(hào)，并將該電信號(hào)傳輸給所述從端機(jī)器人的從端主控板，從而使得所述從端機(jī)器人能夠跟隨人體做出相同的動(dòng)作姿態(tài)。
[0009]其中，所述控制系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述從端機(jī)器人的軀干上的所述從端主控板， 其中，所述從端主控板與所述主端主控板無線連接。
[0010]其中，所述控制系統(tǒng)還包括分別設(shè)置在所述從端機(jī)器人的機(jī)械手臂的各個(gè)關(guān)節(jié)部位的關(guān)節(jié)角度執(zhí)行部件，各所述關(guān)節(jié)角度執(zhí)行部件均與所述從端主控板電連接。
[0011]其中，所述控制系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述從端機(jī)器人的頭部的雙目視覺獲取模塊， 所述雙目視覺獲取模塊包括能夠獲取當(dāng)前圖像的圖像獲取子模塊和與所述圖像獲取子模塊電連接的發(fā)射子模塊，其中，所述圖像獲取子模塊將當(dāng)前所述圖像以電信號(hào)的形式傳遞給所述發(fā)射子模塊。
[0012]其中，所述主端人體姿態(tài)采集單元還包括雙目視覺成像模塊，所述雙目視覺成像模塊與所述發(fā)射子模塊無線連接。
[0013]其中，所述控制系統(tǒng)還包括能夠分別連接所述從端機(jī)器人的頭部以及軀干的角度轉(zhuǎn)動(dòng)部件，所述角度轉(zhuǎn)動(dòng)部件與所述從端主控板電連接。[〇〇14]其中，在所述從端機(jī)器人的機(jī)械手臂的末端設(shè)有能促使與其相連接的執(zhí)行部件進(jìn)行五自由度運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口與所述從端主控板電連接。
[0015]其中，各所述關(guān)節(jié)角度執(zhí)行部件為舵機(jī)或伺服電機(jī)。
[0016]其中，所述控制系統(tǒng)還包括能夠帶動(dòng)所述從端機(jī)器人行走的行走模塊。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提出了一種遙操作隨動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的控制方法， 包括:通過各所述采集板分別獲取能夠代表人體的各關(guān)節(jié)部位的動(dòng)作姿態(tài)的四元數(shù)，并將該四元數(shù)傳輸給所述主端主控板；
[0018]通過所述主端主控板采用人體姿態(tài)解算算法對各所述四元數(shù)進(jìn)行解算，以得到代表人體的各關(guān)節(jié)部位的關(guān)節(jié)角度的電信號(hào)；[〇〇19]通過所述主端主控板將代表人體的各關(guān)節(jié)部位的關(guān)節(jié)角度的電信號(hào)傳輸給所述從端主控板；
[0020]所述從端主控板接收到代表人體的各關(guān)節(jié)部位的關(guān)節(jié)角度的電信號(hào)后，控制所述從端機(jī)器人的相應(yīng)部位跟隨人體做出與人體相同的動(dòng)作姿態(tài)。
[0021]其中，各所述采集板通過采用慣性導(dǎo)航技術(shù)以分別獲取能夠代表人體的各關(guān)節(jié)部位的動(dòng)作姿態(tài)的信息，并將該信息以四元數(shù)的形式表示。[0〇22](三)有益效果[〇〇23]本發(fā)明提供的控制系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0024]本申請的控制系統(tǒng)通過將主端人體姿態(tài)采集單元穿戴在使用者的身上，通過主端人體姿態(tài)采集單元中的各個(gè)采集板分別獲取能夠代表人體的各關(guān)節(jié)部位的動(dòng)作姿態(tài)的四元數(shù)，并將各四元數(shù)分別傳輸給主端主控板，通過主端主控板利用人體姿態(tài)解算算法對各四元數(shù)進(jìn)行解算，以得到代表人體的各關(guān)節(jié)部位的關(guān)節(jié)角度的電信號(hào)，并將該電信號(hào)傳輸給從端機(jī)器人的從端主控板，從而使得從端機(jī)器人能夠跟隨人體做出相同的動(dòng)作姿態(tài)。這樣，相對于現(xiàn)有的控制系統(tǒng)而言，即，現(xiàn)有的控制系統(tǒng)需要為從端機(jī)器人專門設(shè)計(jì)主端機(jī)器人。然而，本申請則是直接通過將主端人體姿態(tài)采集單元穿戴在人體上，從而來控制從端機(jī)器人的動(dòng)作。由此可見，本申請的控制系統(tǒng)能夠更為直接地控制從端機(jī)器人的動(dòng)作，從而大大地提高了人機(jī)交互的柔順性。
[0025]此外，由于從端機(jī)器人通常處在危險(xiǎn)的作業(yè)環(huán)境中，因而，為提高控制系統(tǒng)的便攜性，需使得該控制系統(tǒng)中的部件越少越好。然而，本申請的控制系統(tǒng)由于省去了現(xiàn)有技術(shù)中的主端機(jī)器人，從而使得控制系統(tǒng)的組成更為簡單化，方便對從端機(jī)器人的控制。
[0026]另外，通過增設(shè)行走模塊，該行走模塊可為輪式底盤，使得從端機(jī)器人可以適于在室內(nèi)環(huán)境內(nèi)進(jìn)行靈活地移動(dòng)，或該行走模塊為履帶式底盤，因而具有越障性能好的優(yōu)點(diǎn)，使得從端機(jī)器人可以適于在野外環(huán)境中行走?！靖綀D說明】
[0027]圖1為本申請的實(shí)施例的遙操作隨動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本申請的實(shí)施例的遙操作隨動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的從端機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為圖2中的從端機(jī)器人的機(jī)械手臂的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖4為采用本申請的遙操作隨動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)來控制從端機(jī)器人的控制方法的步驟流程示意圖。[0031 ]圖中，100:控制系統(tǒng)；1:主端人體姿態(tài)采集單元；11:主端主控板；12:采集板；13: 雙目視覺成像模塊;2:從端機(jī)器人;21:軀干;211:從端主控板;22:機(jī)械手臂；221:執(zhí)行部件;23:頭部;3:關(guān)節(jié)角度執(zhí)行部件;4:雙目視覺獲取模塊;41:圖像獲取子模塊;42:發(fā)射子模塊;5:角度轉(zhuǎn)動(dòng)部件;6:執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口； 7:行走模塊;222:肩部俯仰關(guān)節(jié);223:肩部偏航關(guān)節(jié);224:肩部橫滾關(guān)節(jié);225:肘部俯仰關(guān)節(jié);226:肘部橫滾關(guān)節(jié);227:腕部偏航關(guān)節(jié);228:手指彎曲關(guān)節(jié)?！揪唧w實(shí)施方式】[〇〇32]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。[〇〇33]如圖1所示，圖1示意性地顯示了該控制系統(tǒng)100包括主端人體姿態(tài)采集單元1和從端機(jī)器人2。
[0034]該主端人體姿態(tài)采集單元1主要利用人體姿態(tài)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制從端機(jī)器人2做出與人體姿態(tài)相同的動(dòng)作，即，使得該從端機(jī)器人2能夠跟隨人體的動(dòng)作而運(yùn)動(dòng)。這樣，便大大地提高了人機(jī)交互的柔順性，能夠更加直接地控制從端機(jī)器人2做出與人體相同的動(dòng)作姿態(tài)。
[0035]該主端人體姿態(tài)采集單元1能夠穿戴在人體上，其包括主端主控板11和能夠?qū)崟r(shí)檢測人體各關(guān)節(jié)部位的動(dòng)作姿態(tài)的多個(gè)采集板12。其中，各采集板12均與主端主控板11電連接。這樣，通過各個(gè)采集板12采集到的人體的各關(guān)節(jié)部位的信息能夠及時(shí)地傳遞給主端主控板11。具體地，通過各采集板12分別獲取能夠代表人體的各關(guān)節(jié)部位的動(dòng)作姿態(tài)的信息，并使得該信息以四元數(shù)的形式表示，并將各四元數(shù)分別傳輸給主端主控板11，通過主端主控板11利用人體姿態(tài)解算算法對各四元數(shù)進(jìn)行解算，以得到代表人體的各關(guān)節(jié)部位的關(guān)節(jié)角度的電信號(hào)，并將該電信號(hào)傳輸給從端機(jī)器人2的從端主控板21，從而使得從端機(jī)器人 2能夠跟隨人體做出相同的動(dòng)作姿態(tài)。這樣，相對于現(xiàn)有的控制系統(tǒng)而言，S卩，現(xiàn)有的控制系統(tǒng)需要為從端機(jī)器人專門設(shè)計(jì)主端機(jī)器人。然而，本申請則是直接通過將主端人體姿態(tài)采集單元1穿戴在人體上，從而來控制從端機(jī)器人2的動(dòng)作。由此可見，本申請的控制系統(tǒng)100 能夠更為直接地控制從端機(jī)器人2的動(dòng)作，從而大大地提高了人機(jī)交互的柔順性。
[0036]另外，由于從端機(jī)器人2通常處在危險(xiǎn)的作業(yè)環(huán)境中，因而，為提高控制系統(tǒng)的便攜性，需使得該控制系統(tǒng)中的部件越少越好。然而，本申請的控制系統(tǒng)1〇〇由于省去了現(xiàn)有技術(shù)中的主端機(jī)器人，從而使得控制系統(tǒng)100的組成更為簡單化，方便對從端機(jī)器人2的控制。
[0037]在本申請的實(shí)施例中，四元數(shù)以及人體姿態(tài)解算算法是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的，為節(jié)約篇幅起見，此處不做詳述。
[0038]在一個(gè)具體的實(shí)施例中，采集板12可分布在人體的頭部、背部、左大臂、左小臂、左手、右大臂、右小臂、以及右手等部位，從而方便采集相應(yīng)關(guān)節(jié)部位的動(dòng)作姿態(tài)。[〇〇39] 如圖1、圖2和圖3所示，在一個(gè)實(shí)施例中，圖2示意性地顯示了該控制系統(tǒng)100還包括設(shè)置在從端機(jī)器人2的軀干21上的從端主控板211，其中，該從端主控板211與主端主控板 11無線連接。即，該從端主控板211與主端主控板11可通過無線電信號(hào)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。這樣，通過主端主控板11將其接收到的代表人體各關(guān)節(jié)部位的電信號(hào)無線傳輸給從端主控板 211后，從而控制從端機(jī)器人2做出與人體相同的動(dòng)作姿態(tài)。容易理解，為了能夠更為直接地控制從端機(jī)器人2的運(yùn)動(dòng)，需使得各采集板12獲取的代表人體各關(guān)節(jié)部位的角度均與從端機(jī)器人2的各關(guān)節(jié)部位的角度相對應(yīng)，從而保證人體做出的動(dòng)作姿態(tài)與從端機(jī)器人2做出的動(dòng)作姿態(tài)的一致性。
[0040]如圖3所示，在一個(gè)實(shí)施例中，圖3還示意性地顯示了該控制系統(tǒng)100還包括分別設(shè)置在從端機(jī)器人2的機(jī)械手臂22的各個(gè)關(guān)節(jié)部位的關(guān)節(jié)角度執(zhí)行部件3,各關(guān)節(jié)角度執(zhí)行部件3均與從端主控板211電連接。這樣，該從端主控板211便可直接地控制各個(gè)關(guān)節(jié)角度執(zhí)行部件3做出符合要求的動(dòng)作，進(jìn)一步地，使得機(jī)械手臂22的動(dòng)作更加的靈活。
[0041]如圖3所示，在一個(gè)具體的實(shí)施例中，關(guān)節(jié)角度執(zhí)行部件3可從上至下依次分布在機(jī)械手臂22的肩部俯仰關(guān)節(jié)222、肩部偏航關(guān)節(jié)223、肩部橫滾關(guān)節(jié)224、肘部俯仰關(guān)節(jié)225、 肘部橫滾關(guān)節(jié)226、腕部偏航關(guān)節(jié)227以及手指彎曲關(guān)節(jié)228。從而依次分別實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂22 相對于軀干21的前后擺動(dòng)，機(jī)械手臂22相對軀干21的兩側(cè)向外擴(kuò)展、機(jī)械手臂22中的小臂相對于大臂的左右轉(zhuǎn)動(dòng)、小臂靠近或遠(yuǎn)離大臂的運(yùn)動(dòng)、小臂繞自身的中心軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)、手腕相對小臂進(jìn)行左右擺動(dòng)以及實(shí)現(xiàn)各個(gè)手指的彎曲。[〇〇42] 如圖2所示，在一個(gè)實(shí)施例中，圖3還示意性地顯示了該控制系統(tǒng)100還包括設(shè)置在從端機(jī)器人2的頭部23的雙目視覺獲取模塊4,該雙目視覺獲取模塊4包括能夠獲取當(dāng)前圖像的圖像獲取子模塊41和與圖像獲取子模塊41電連接的發(fā)射子模塊42。其中，圖像獲取子模塊41將當(dāng)前圖像以電信號(hào)的形式傳遞給發(fā)射子模塊42。這樣，便實(shí)現(xiàn)對了現(xiàn)場環(huán)境的實(shí)時(shí)獲取。
[0043]在一個(gè)具體的實(shí)施例中，該雙目視覺獲取模塊4可為雙目視覺攝像頭，直接設(shè)置在如下所述的角度轉(zhuǎn)動(dòng)部件5上。
[0044]如圖1所示，主端人體姿態(tài)采集單元1還包括雙目視覺成像模塊13,該雙目視覺成像模塊13與發(fā)射子模塊42是有線的電連接。具體地，該發(fā)射子模塊42將其接收到的當(dāng)前圖像的電信號(hào)無線傳輸給雙目視覺成像模塊13，同時(shí)，結(jié)合使用者自身的雙眼視覺系統(tǒng)，從而大大地增強(qiáng)了視覺反饋的立體感，使得使用者能夠真實(shí)、準(zhǔn)確地獲取從端機(jī)器人2所處的環(huán)境，進(jìn)一步地，使得使用者能夠在最短的時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)程控制從端機(jī)器人2做出需要的動(dòng)作姿態(tài)，從而完成作業(yè)任務(wù)。
[0045]在一個(gè)具體的實(shí)施例中，該雙目視覺成像模塊13可為雙目視頻眼鏡，能夠直接佩戴在使用者的眼睛部位。
[0046]如圖2所示，在一個(gè)實(shí)施例中，該控制系統(tǒng)100還包括能夠分別連接從端機(jī)器人2的頭部23以及軀干21的角度轉(zhuǎn)動(dòng)部件5，該角度轉(zhuǎn)動(dòng)部件5與從端主控板211電連接。由于該角度轉(zhuǎn)動(dòng)部件5的設(shè)置，使得從端機(jī)器人2的頭部23能夠相對軀干21進(jìn)行180度的俯仰及偏航旋轉(zhuǎn)，從而大大地提高了從端機(jī)器人2的運(yùn)動(dòng)的靈活性，使其更加符合人體的運(yùn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。
[0047]在一個(gè)實(shí)施例中，在從端機(jī)器人2的機(jī)械手臂22的末端設(shè)置執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口 6,該執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口6有能促使與其相連接的執(zhí)行部件221進(jìn)行五自由度運(yùn)動(dòng)。其中，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口 6與從端主控板211電連接。這樣，通過從端主控板211控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口 6，以使得其能夠?yàn)閳?zhí)行部件221提供五自由度運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)，S卩，實(shí)現(xiàn)各個(gè)手指的彎曲。
[0048]在一個(gè)具體的實(shí)施例中，該執(zhí)行部件221可為仿生機(jī)械手或小于五自由度的夾持部件，從而來適應(yīng)不同的作業(yè)需求。
[0049]在一個(gè)實(shí)施例中，各關(guān)節(jié)角度執(zhí)行部件3為舵機(jī)或伺服電機(jī)。其中，舵機(jī)具有反應(yīng)快和執(zhí)行動(dòng)作迅速的優(yōu)點(diǎn)，從而使得本申請的機(jī)械手臂22能夠較為靈活地動(dòng)作。容易理解， 舵機(jī)的具體結(jié)構(gòu)是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的，為節(jié)約篇幅起見，此處不做詳述。
[0050]在另一個(gè)實(shí)施例中，該控制系統(tǒng)100還包括能夠帶動(dòng)從端機(jī)器人2行走的行走模塊 7。該行走模塊7為輪式底盤或履帶式底盤。具體地，從端機(jī)器人2為可更換底盤的半身仿人機(jī)器人，其由模塊化設(shè)計(jì)的可更換底盤和與人體上半身結(jié)構(gòu)相似的仿人機(jī)器人的上身組成。[0051 ]由于本申請的行走模塊7可為輪式底盤，使得從端機(jī)器人2可以適于在室內(nèi)環(huán)境內(nèi)進(jìn)行靈活地移動(dòng)，或該行走模塊7為履帶式底盤，因而具有越障性能好的優(yōu)點(diǎn)，使得從端機(jī)器人2可以適于在野外環(huán)境中行走。[〇〇52]綜上所述，本申請的控制系統(tǒng)100通過將主端人體姿態(tài)采集單元1穿戴在使用者的身上，通過主端人體姿態(tài)采集單元1中的各個(gè)采集板12分別獲取能夠代表人體的各關(guān)節(jié)部位的動(dòng)作姿態(tài)的四元數(shù)，并將各四元數(shù)分別傳輸給主端主控板11，通過主端主控板11利用人體姿態(tài)解算算法對各四元數(shù)進(jìn)行解算，以得到代表人體的各關(guān)節(jié)部位的關(guān)節(jié)角度的電信號(hào)，并將該電信號(hào)傳輸給從端機(jī)器人2的從端主控板21，從而使得從端機(jī)器人2能夠跟隨人體做出相同的動(dòng)作姿態(tài)。這樣，相對于現(xiàn)有的控制系統(tǒng)而言，即，現(xiàn)有的控制系統(tǒng)需要為從端機(jī)器人專門設(shè)計(jì)主端機(jī)器人。然而，本申請則是直接通過將主端人體姿態(tài)采集單元1穿戴在人體上，從而來控制從端機(jī)器人2的動(dòng)作。由此可見，本申請的控制系統(tǒng)100能夠更為直接地控制從端機(jī)器人2的動(dòng)作，從而大大地提高了人機(jī)交互的柔順性。[〇〇53]此外，由于從端機(jī)器人2通常處在危險(xiǎn)的作業(yè)環(huán)境中，因而，為提高控制系統(tǒng)的便攜性，需使得該控制系統(tǒng)中的部件越少越好。然而，本申請的控制系統(tǒng)100由于省去了現(xiàn)有技術(shù)中的主端機(jī)器人，從而使得控制系統(tǒng)100的組成更為簡單化，方便對從端機(jī)器人2的控制。[〇〇54]另外，通過增設(shè)行走模塊7，該行走模塊7可為輪式底盤，使得從端機(jī)器人2可以適于在室內(nèi)環(huán)境內(nèi)進(jìn)行靈活地移動(dòng)，或該行走模塊7為履帶式底盤，因而具有越障性能好的優(yōu)點(diǎn)，使得從端機(jī)器人2可以適于在野外環(huán)境中行走。
[0055]如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種遙操作隨動(dòng)機(jī)器人的控制方法，包括:[〇〇56]步驟S410,通過各采集板12分別獲取能夠代表人體的各關(guān)節(jié)部位的動(dòng)作姿態(tài)的四元數(shù)，并將各四元數(shù)分別傳輸給主端主控板11。具體地，將主端人體姿態(tài)采集單元1穿戴在使用者身上后，位于各關(guān)節(jié)部位的采集板12能夠分別獲取相應(yīng)關(guān)節(jié)部位的動(dòng)作姿態(tài)的信息，并將該信息以四元數(shù)的形式表示。[〇〇57]步驟S420,通過主端主控板11采用人體姿態(tài)解算算法對各四元數(shù)進(jìn)行解算，以得到代表人體的各關(guān)節(jié)部位的關(guān)節(jié)角度的電信號(hào)。
[0058]步驟S430,通過主端主控板11將代表人體的各關(guān)節(jié)部位的關(guān)節(jié)角度的電信號(hào)傳輸給從端主控板211。即，主端主控板11將各關(guān)節(jié)部位的關(guān)節(jié)角度的電信號(hào)無線傳輸給從端主控板211，從而實(shí)現(xiàn)對從端機(jī)器人2的控制，以使其做出與人體相同的動(dòng)作姿態(tài)。[〇〇59]步驟S440,從端主控板211接收到代表人體的各關(guān)節(jié)部位的關(guān)節(jié)角度的電信號(hào)后， 控制從端機(jī)器人2的相應(yīng)部位跟隨人體做出與人體相同的動(dòng)作姿態(tài)。這樣，便實(shí)現(xiàn)了人與機(jī)器人的人機(jī)交互，并使得人機(jī)交互的柔順性大大地提高，即，人能夠更為直接地控制從端機(jī)器人2做出需要的動(dòng)作，以更好地完成作業(yè)任務(wù)。
[0060]在一個(gè)實(shí)施例中，各采集板12通過采用慣性導(dǎo)航技術(shù)以分別獲取能夠代表人體的各關(guān)節(jié)部位的動(dòng)作姿態(tài)的信息，并將該信息以四元數(shù)的形式表示。容易理解，慣性導(dǎo)航技術(shù)是本領(lǐng)的技術(shù)人員所熟知的，為節(jié)約篇幅起見，此處不做詳述。
[0061]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種遙操作隨動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，能夠穿戴在人體上的主端人體姿態(tài)采集單元，所述主端人體姿態(tài)采集單元包括主端主 控板和能夠?qū)崟r(shí)檢測人體各關(guān)節(jié)部位的動(dòng)作姿態(tài)的多個(gè)采集板，各所述采集板均與所述主 端主控板電連接；以及從端機(jī)器人；其中，通過各所述采集板分別獲取能夠代表人體的各關(guān)節(jié)部位的動(dòng)作姿態(tài)的四元數(shù)， 并將各所述四元數(shù)分別傳輸給所述主端主控板，通過所述主端主控板利用人體姿態(tài)解算算 法對各所述四元數(shù)進(jìn)行解算，以得到代表人體的各關(guān)節(jié)部位的關(guān)節(jié)角度的電信號(hào)，并將該 電信號(hào)傳輸給所述從端機(jī)器人的從端主控板，從而使得所述從端機(jī)器人能夠跟隨人體做出 相同的動(dòng)作姿態(tài)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙操作隨動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包 括設(shè)置在所述從端機(jī)器人的軀干上的所述從端主控板，其中，所述從端主控板與所述主端 主控板無線連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的遙操作隨動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包 括分別設(shè)置在所述從端機(jī)器人的機(jī)械手臂的各個(gè)關(guān)節(jié)部位的關(guān)節(jié)角度執(zhí)行部件，各所述關(guān) 節(jié)角度執(zhí)行部件均與所述從端主控板電連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙操作隨動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包 括設(shè)置在所述從端機(jī)器人的頭部的雙目視覺獲取模塊，所述雙目視覺獲取模塊包括能夠獲 取當(dāng)前圖像的圖像獲取子模塊和與所述圖像獲取子模塊電連接的發(fā)射子模塊，其中，所述 圖像獲取子模塊將當(dāng)前所述圖像以電信號(hào)的形式傳遞給所述發(fā)射子模塊。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的遙操作隨動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主端人體姿態(tài) 采集單元還包括雙目視覺成像模塊，所述雙目視覺成像模塊與所述發(fā)射子模塊無線連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙操作隨動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包 括能夠分別連接所述從端機(jī)器人的頭部以及軀干的角度轉(zhuǎn)動(dòng)部件，所述角度轉(zhuǎn)動(dòng)部件與所 述從端主控板電連接。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的遙操作隨動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，在所述從端機(jī)器人 的機(jī)械手臂的末端設(shè)有能促使與其相連接的執(zhí)行部件進(jìn)行五自由度運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口， 所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口與所述從端主控板電連接。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的遙操作隨動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，各所述關(guān)節(jié)角度執(zhí) 行部件為舵機(jī)或伺服電機(jī)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙操作隨動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包 括能夠帶動(dòng)所述從端機(jī)器人行走的行走模塊。10.—種使用上述權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的遙操作隨動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的控制方 法，包括:通過各所述采集板分別獲取能夠代表人體的各關(guān)節(jié)部位的動(dòng)作姿態(tài)的四元數(shù)，并將該 四元數(shù)傳輸給所述主端主控板；通過所述主端主控板采用人體姿態(tài)解算算法對各所述四元數(shù)進(jìn)行解算，以得到代表人 體的各關(guān)節(jié)部位的關(guān)節(jié)角度的電信號(hào)；通過所述主端主控板將代表人體的各關(guān)節(jié)部位的關(guān)節(jié)角度的電信號(hào)傳輸給所述從端主控板；所述從端主控板接收到代表人體的各關(guān)節(jié)部位的關(guān)節(jié)角度的電信號(hào)后，控制所述從端 機(jī)器人的相應(yīng)部位跟隨人體做出與人體相同的動(dòng)作姿態(tài)。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，各所述采集板通過采用慣性導(dǎo)航技術(shù)以 分別獲取能夠代表人體的各關(guān)節(jié)部位的動(dòng)作姿態(tài)的信息，并將該信息以四元數(shù)的形式表不。
【文檔編號(hào)】B25J9/16GK106003053SQ201610617043
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月29日
【發(fā)明人】左國玉, 邱永康, 盧佳豪, 于雙悅
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)