[发明专利]用于经由可穿戴传感器控制机器人装置的方法和设备

说明书

技术领域

实施例总体上涉及人机界面装置。

背景技术

通常使用被编码到机器人控制器内的预定义运动来训练机器人。与现有训练系统相关的问题在于，这样的系统不是示教器就是由仿真生成预编程地点，其被用于在调试、维护和排除故障期间控制机器人位置和速度。与机器人的这种交互对于人工操作员是不自然的并且需要大量训练。对于机器人编程变化，更有效的是具有人机界面，这不仅提供控制准确度并且对于操作者而言是直观的过程。

来自仿真的预编程地点是准确的，但是不适于现场编程并且需要高技能工程师来实施仿真。示教器被设计用于现场操作并且可以支持大部分机器人基础和编程功能，使用者仅能一次沿一个轴线/方向控制机器人。因此，其需要大量操作训练并且不是很有效率。用作鼠标的六自由度装置没有考虑到重力。因此，这种系统不提供位置和取向。为了获得取向和位置，装置必须能够确认出其在空间中的位置。也就是说，为了知晓结束位置，初始位置必须首先被确认，并且这需要所述装置的位置、取向和运动是已知的。

发明内容

实施例的优点在于使用六个三维加速表来训练机器人的运动。系统通过将三维加速表信号诠释成有限状态机中的三个不同信号（例如姿态、取向、位置/速度/加速度）中的一个来提供机器人控制界面。所述系统辨认姿态或姿态序列，所述姿态被映射到预定义动作，并且该系统将映射到预定义动作的信号发送到机器人控制器中以执行机器人装置的运动。所述系统还估计可穿戴传感器装置的取向和位置，其可以被直接地或者间接地映射到末端执行器或者机器人接头（关节）。

实施例设想了利用由使用者穿戴的可穿戴传感器来训练机器人装置执行预定运动的方法。响应来自可穿戴传感器的信号来感测使用者的位置和运动。可穿戴传感器包括至少一个六自由度加速表。响应所述信号，由姿态识别器装置来识别姿态。由位置和取向处理单元估计使用者的位置、取向和速度。在服务请求器装置内接收可穿戴传感器的感测的姿态输入以及估计的位置、取向和速度输入。姿态、取向、位置和速度被转换成预定义动作。控制信号从服务请求器装置被输出到机器人控制器以便执行预定义动作。

实施例设想了用于由人工操作员训练机器人装置的人机界面系统。机器人控制器控制机器人装置的运动。可穿戴感测装置包括至少一个六自由度加速表，其感测所述可穿戴感测装置的位置和取向。可穿戴感测装置的运动被用于经由机器人控制器控制机器人装置的运动。服务提供器装置与所述可穿戴感测装置通信以从所述可穿戴感测装置接收位置和取向数据。服务提供器装置包括姿态识别装置以及位置和取向处理装置。姿态识别装置确认由可穿戴传感器生成的姿态，所述位置和取向处理装置估计所述可穿戴传感器的位置、取向和速度。服务请求器装置包括控制信号发生器和控制状态机。控制信号发生器整合从姿态识别以及从位置和取向处理装置接收的数据以用于生成控制信号并提供控制信号至机器人装置。控制状态子模块确认包括空状态（null state）、静态状态和运动状态的变换状态。机器人装置被训练成通过确认可穿戴感测装置所感测的姿态、取向、位置和速度的序列来执行相应操作。姿态、取向、位置和速度的序列经由机器人控制器被转换成预定义动作并且被执行。

本发明还提供了以下技术方案。

方案1. 一种利用使用者所穿戴的可穿戴传感器来训练机器人装置执行预定运动的方法，所述方法包括步骤：

响应来自所述可穿戴传感器的信号感测所述使用者的位置和运动，所述可穿戴传感器包括至少一个六自由度加速表；

响应所述信号，由姿态识别器装置识别姿态；

由位置和取向处理单元估计所述使用者的位置、取向和速度；

在服务请求器装置内接收所述可穿戴传感器的感测的姿态输入以及估计的位置、取向和速度输入；

将所述姿态、取向、位置和速度转换成预定义动作；和

将来自所述服务请求器装置的控制信号输出到机器人控制器以便执行所述预定义动作。

方案2. 根据方案1所述的方法，其中所述姿态识别器是状态空间向量分类器。

方案3. 根据方案2所述的方法，其中所述姿态识别器基于所述可穿戴传感器在第一地点和第二地点之间的主动运动来识别动态姿态。

方案4. 根据方案3所述的方法，其中所述姿态识别器识别所述可穿戴传感器的静态位置和取向的静态姿态。

方案5. 根据方案1所述的方法，其中利用延迟积分更新所述可穿戴传感器的位置、速度和取向，其中所述机器人装置从第一位置向第二位置的转变被延迟直到所述可穿戴传感器到达所述第二位置。