CN109693251A - 一种基于动作捕捉的机器人控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于动作捕捉的机器人控制系统及方法，属于机器人技术领域，解决了现有技术中人体随动遥操作机器人的随动动作与行进动作之间的转换，随动过程中误操作以及随动中止后随动控制无法及时恢复响应的问题。所述系统包括动作捕捉装置、推杆、控制按键组和计算装置；所述动作捕捉装置，用于捕捉人体动作，产生机器人随动动作信息；所述推杆，用于产生机器人移动动作信息；所述控制按键组中的任一按键被触发时产生相应的控制指令信息，所述计算装置，用于控制将动作捕捉装置或推杆产生的随动动作信息或移动动作信息发送至机器人端，以使被控机器人进行相应的随动或移动。实现了机器人随动动作与行进动作之间的转换。

Description

一种基于动作捕捉的机器人控制系统及方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种基于动作捕捉的机器人控制系统及方法。

背景技术

人体随动遥操作机器人一般包括机器人端和控制端，机器人根据控制端操纵人员的动作完成具体任务。人体随动遥操作机器人可用于资源开发、核废料清理、排爆、高压高危作业等特种工作环境。人体随动遥操作机器人的动作主要包括随动动作和行进动作，而随动动作与行进动作之间需要人为转换；同时，在随动遥操作过程中，操作人员可能会进行其他非工作动作，此时机器人不会停止随动，进而产生误操作。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于动作捕捉的机器人控制系统及方法，用以解决现有人体随动遥操作机器人的随动动作与行进动作之间的转换、随时过程中误操作以及随动中止后随动控制无法及时恢复响应的问题。

一方面，本发明提供了一种基于动作捕捉的机器人控制系统，包括，动作捕捉装置、推杆、控制按键组和计算装置；

所述动作捕捉装置，用于捕捉人体动作，产生机器人随动动作信息；

所述推杆，用于产生机器人移动动作信息；

所述控制按键组中的任一按键被触发时产生相应的控制指令信息，将所述控制指令信息发送至计算装置，

所述计算装置，用于根据接收到的所述相应的控制指令信息控制将动作捕捉装置或推杆产生的随动动作信息或移动动作信息发送至机器人端，以使被控机器人根据所述随动动作信息或移动动作信息，进行相应的随动或移动。

上述技术方案的有益效果为：上述方案通过控制按键组产生相应的控制指令信息，从而控制机器人进行相应的随动或移动，实现了人体随动遥操作机器人随动动作与行进动作之间的转换。

进一步地，所述控制按键组包括三个控制按键，当第一控制按键被触发时，产生动作捕捉打开指令信息，当第二控制按键被触发时，产生动作映射打开指令信息，当第三控制按键被触发时，产生推杆动作打开指令信息；

所述计算装置，根据所述动作捕捉打开指令信息，将动作捕捉装置产生的随动动作信息发送至机器人端，以使被控机器人根据接收到的所述随动动作进行随动；根据所述动作映射打开指令信息，将动作捕捉装置产生的动作指令映射为机器人当前姿态动作指令，发送所述当前姿态动作指令至机器人端，以使机器人在当前指令的基础上执行和动作捕捉装置采集的动作增量一致的随动操作；根据所述推杆动作打开指令信息，将推杆产生的移动动作信息发送至机器人端，以使被控机器人根据所述移动动作信息进行移动。

上述进一步技术方案的有益效果为：通过上述方案可以防止人体随动遥操作机器人随动过程中的误操作，并且可以使其在随动中止后及时恢复随动。

进一步地，所述三个控制按键，同时仅能有一个控制按键被触发。

上述进一步技术方案的有益效果为：上述方案避免了动作捕捉打开指令信息、动作映射打开指令信息和推杆动作打开指令信息的互相干扰，保证了机器人只能处于一种随动状态或移动状态。

进一步地，所述动作捕捉装置，将采集的人体连续动作信息，形成连续数据帧，并顺序传输给所述计算装置，

所述计算装置根据所述动作映射打开指令信息，将动作捕捉装置产生的动作指令映射为机器人当前姿态动作指令，包括：所述计算装置将接收到的每帧数据平滑滤波处理后，进行数据映射处理，使第一帧数据与被控机器人上一次姿态的最后一帧数据相对应，利用第一帧数据与机器人上一次姿态的最后一帧数据对应关系，以及所述连续数据帧，获取人体动作增量信息，

并将所述人体动作增量信息发送至机器人端，以使所述被控机器人根据该人体动作增量信息执行和人体动作增量一致的随动动作。

上述进一步技术方案的有益效果为：上述方案实现了使机器人进行与人体动作相对应的连续动作，将数据帧进行数据映射处理，使被控机器人执行和人体动作增量一致的随动动作，提高了机器人随动动作的鲁棒性。

进一步地，所述推杆被推动触发时，产生相应的机器人移动动作信息；

所述计算装置，根据推杆产生的所述移动动作信息，生成PWM波控制信息，将所述PWM波控制信息发送至机器人端，以使被控机器人根据所述PWM波控制信息进行移动。

另一方面，本发明还提供一种基于动作捕捉的机器人控制方法，包括以下步骤：接收控制按键组发出的控制指令信息；

根据所述控制指令信息，将动作捕捉装置或推杆所产生的随动动作信息或移动动作信息发送至机器人端，以使被控机器人根据接收到的所述随动动作信息或移动动作信息进行随动或移动。

上述技术方案的有益效果为：上述方案通过根据控制指令信息，使被机器人进行相应的随动或移动，实现了人体随动遥操作机器人随动动作与行进动作之间的转换。

进一步地，所述控制指令信息包括动作捕捉打开指令信息、动作映射打开指令信息和推杆动作打开指令信息，所述动作捕捉打开指令信息由控制按键组中的第一控制按键被触发时发出，所述动作映射打开指令信息由控制按键组中的第二按键被触发时产生，所述推杆动作打开指令信息由控制按键组中的第三按键被触发时产生；

根据所述动作捕捉打开指令信息，将动作捕捉装置产生的随动动作信息发送至机器人端，以使被控机器人根据接收到的所述随动动作信息进行随动；

根据所述动作映射指令打开信息，将动作捕捉装置采集的动作指令映射为与机器人上一姿态相同的动作信息，发送所述动作信息至机器人端，以使被控机器人执行和动作捕捉装置产生的动作信息增量一致的随动操作；

根据所述推杆动作打开指令信息，将推杆采集的移动动作信息发送至机器人端，以使被控机器人根据所述移动动作信息进行移动。

上述进一步技术方案的有益效果为：通过上述方案可以防止人体随动遥操作机器人随动过程中的误操作，并且可以使其在随动中止后及时恢复随动。

进一步地，所述三个控制按键，同时仅能有一个控制按键被触发。

上述进一步技术方案的有益效果为：上述方案避免了动作捕捉打开指令信息、动作映射打开指令信息和推杆动作打开指令信息的互相干扰，保证了机器人只能处于一种随动状态或移动状态。

进一步地，所述动作捕捉装置，将采集的人体连续动作信息，形成连续数据帧；

根据所述动作映射打开指令信息，将动作捕捉装置产生的动作指令映射为机器人当前姿态动作指令，包括：将接收到的每帧数据平滑滤波处理后，进行数据映射处理，使第一帧数据与被控机器人上一次姿态的最后一帧数据相对应，利用第一帧数据与机器人上一次姿态的最后一帧数据对应关系，以及所述连续数据帧，获取人体动作增量信息，

将所述人体动作增量信息发送至机器人端，以使所述被控机器人根据该人体动作增量信息执行和人体动作增量一致的随动动作。

上述进一步技术方案的有益效果为：上述方案实现了使机器人进行与人体动作相对应的连续动作，将数据帧进行数据映射处理，使被控机器人执行和人体动作增量一致的随动动作，提高了机器人随动动作的鲁棒性。

进一步地，所述推杆被推动触发时，产生相应的机器人移动动作信息；

根据推杆产生的所述移动动作信息，生成PWM波控制信息，将所述PWM波控制信息发送至机器人端，以使被控机器人根据所述PWM波控制信息进行移动。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例1所述系统的结构示意图；

图2为本发明实施例2所述方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

系统实施例

本发明的一个具体实施例，公开了一种基于动作捕捉的机器人控制系统；所述系统的结构示意图，如图1所示；所述系统包括计算装置、推杆、动作捕捉装置以及控制按键组；

所述动作捕捉装置，用于捕捉人体动作，产生机器人随动动作信息；

所述推杆，用于产生机器人移动动作信息；

所述控制按键组中的任一按键被触发时产生相应的控制指令信息，将所述控制指令信息发送至计算装置，

所述计算装置，用于根据接收到的所述相应的控制指令信息控制将动作捕捉装置或推杆产生的随动动作信息或移动动作信息发送至机器人端，以使被控机器人根据所述随动动作信息或移动动作信息，进行相应的随动或移动。

其中，所述控制按键组包括三个控制按键，当第一控制按键被触发时，产生动作捕捉打开指令信息，当第二控制按键被触发时，产生动作映射打开指令信息，当第三控制按键被触发时，产生推杆动作打开指令信息；

所述计算装置，根据所述动作捕捉打开指令信息，将动作捕捉装置产生的随动动作信息发送至机器人端，以使被控机器人根据接收到的所述随动动作进行随动；根据所述动作映射打开指令信息，将动作捕捉装置产生的动作指令映射为机器人当前姿态动作指令，发送所述当前姿态动作指令至机器人端，以使机器人在当前指令的基础上执行和动作捕捉装置采集的动作增量一致的随动操作；根据所述推杆动作打开指令信息，将推杆产生的移动动作信息发送至机器人端，以使被控机器人根据所述移动动作信息进行移动。

所述系统还包括数据采集卡和图传设备，动作捕捉打开指令信息、动作映射打开指令信息和推杆动作打开指令信息均是经由数据采集卡上传至计算装置，所述随动动作信息和移动动作信息均是经由图传设备发送至机器人端；

需要说明的是，上述三个控制按键，同时仅能有一个控制按键被触发。所述的机器人控制系统还包括座椅，所述控制按键组设置于座椅底部；人体置于坐上，通过脚踏控制按键组中的控制按键。

在一个具体实施例中，所述动作捕捉装置，将采集的人体连续动作信息，形成连续数据帧，并顺序传输给所述计算装置；

当第一控制按键触发时，产生动作捕捉打开指令信息；所述计算装置根据动作捕捉打开指令信息将接收到的每帧数据平滑滤波处理后，进行数据映射处理，使人体与机器人端的骨骼节点及自由度对应，并将映射处理后的新数据帧，实时通过数据链路经由图传设备发送至机器人端；

当第二控制按键触发时，产生动作映射打开指令信息；所述计算装置根据所述动作映射打开指令信息，将动作捕捉装置产生的动作指令映射为机器人当前姿态动作指令，具体包括：所述计算装置将接收到的每帧数据平滑滤波处理后，进行数据映射处理，使第一帧数据与被控机器人上一次姿态的最后一帧数据相对应，利用第一帧数据与机器人上一次姿态的最后一帧数据对应关系，以及所述连续数据帧，获取人体动作增量信息，并将所述人体动作增量信息发送至机器人端，以使所述被控机器人根据该人体动作增量信息执行和人体动作增量一致的随动动作。

上述推杆被推动触发时，产生相应的机器人移动动作信息；移动动作可以为停止、前进、后退以及转向。

当第三控制按键触发时，上述计算装置，根据推杆产生的所述移动动作信息，生成PWM波控制信息，将所述PWM波控制信息经由图传设备发送至机器人端，以使被控机器人根据所述PWM波控制信息进行移动。

方法实施例

本发明实施例，还公开了一种基于动作捕捉的机器人控制方法；所述方法的流程示意图，如图2所示，所述方法，包括以下步骤：

接收控制按键组发出的控制指令信息,所述按键组设置于操作椅底部等方便操作者使用脚部进行操作的位置，进而使得人体上半身处于动作捕捉的状态时，可以进行切换控制；

根据所述控制指令信息，将动作捕捉装置或推杆所产生的随动动作信息或移动动作信息发送至机器人端，以使被控机器人根据接收到的所述随动动作信息或移动动作信息进行随动或移动。

具体的，所述控制指令信息包括动作捕捉打开指令信息、动作映射打开指令信息和推杆动作打开指令信息，所述动作捕捉打开指令信息由控制按键组中的第一控制按键被触发时发出，所述动作映射打开指令信息由控制按键组中的第二按键被触发时产生，所述推杆动作打开指令信息由控制按键组中的第三按键被触发时产生；

若需要机器人进行随动动作时，则触发第一控制按键，若操作人员需要进行其他非工作动作时，则停止触发第一个控制按键，此时机器人停止随动动作，若需要机器人继续进行随动动作，则触发第二控制按键，若需要机器人进行行进动作，当需要机器人端不再进行随动动作时，则触发第三控制按键；三个控制按键中，触发其中一个控制按键后，其它控制按键自动取消触发。

根据所述动作捕捉打开指令信息，将动作捕捉装置产生的随动动作信息发送至机器人端，以使被控机器人根据接收到的所述随动动作信息进行随动；

根据所述动作映射指令打开信息，将动作捕捉装置采集的动作指令映射为与机器人上一姿态相同的动作信息，发送所述动作信息至机器人端，以使被控机器人执行和动作捕捉装置产生的动作信息增量一致的随动操作；

根据所述推杆动作打开指令信息，将推杆采集的移动动作信息发送至机器人端，以使被控机器人根据所述移动动作信息进行移动。

其中，所述三个控制按键，同时仅能有一个控制按键被触发。

在另一个具体实施例中，所述动作捕捉装置，将采集的人体连续动作信息，形成连续数据帧；

根据所述动作映射打开指令信息，将动作捕捉装置产生的动作指令映射为机器人当前姿态动作指令，包括：将接收到的每帧数据平滑滤波处理后，进行数据映射处理，使第一帧数据与被控机器人上一次姿态的最后一帧数据相对应，利用第一帧数据与机器人上一次姿态的最后一帧数据对应关系，以及所述连续数据帧，获取人体动作增量信息，

将所述人体动作增量信息发送至机器人端，以使所述被控机器人根据该人体动作增量信息执行和人体动作增量一致的随动动作。

优选的，所述推杆被推动触发时，产生相应的机器人移动动作信息；

根据推杆产生的所述移动动作信息，生成PWM波控制信息，将所述PWM波控制信息经由图传设备发送至机器人端，以使被控机器人根据所述PWM波控制信息进行移动。

具体的，机器人端根据所述PWM波的占空比决定其停止、前进、后退以及转向。

方法实施例与系统实施例基于相同的原理及发明构思，未重复描述之处可互相借鉴。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于动作捕捉的机器人控制系统，其特征在于，包括动作捕捉装置、推杆、控制按键组和计算装置；

所述动作捕捉装置，用于捕捉人体动作，产生机器人随动动作信息；

所述推杆，用于产生机器人移动动作信息；

所述控制按键组中的任一按键被触发时产生相应的控制指令信息，将所述控制指令信息发送至计算装置，

所述计算装置，用于根据接收到的所述相应的控制指令信息控制将动作捕捉装置或推杆产生的随动动作信息或移动动作信息发送至机器人端，以使被控机器人根据所述随动动作信息或移动动作信息，进行相应的随动或移动。

2.根据权利要求1所述的机器人控制系统，其特征在于，所述控制按键组包括三个控制按键，当第一控制按键被触发时，产生动作捕捉打开指令信息，当第二控制按键被触发时，产生动作映射打开指令信息，当第三控制按键被触发时，产生推杆动作打开指令信息；

所述计算装置，根据所述动作捕捉打开指令信息，将动作捕捉装置产生的随动动作信息发送至机器人端，以使被控机器人根据接收到的所述随动动作进行随动；根据所述动作映射打开指令信息，将动作捕捉装置产生的动作指令映射为机器人当前姿态动作指令，发送所述当前姿态动作指令至机器人端，以使机器人在当前指令的基础上执行和动作捕捉装置采集的动作增量一致的随动操作；根据所述推杆动作打开指令信息，将推杆产生的移动动作信息发送至机器人端，以使被控机器人根据所述移动动作信息进行移动。

3.根据权利要求2所述的机器人控制系统，其特征在于，所述三个控制按键，同时仅能有一个控制按键被触发。

4.根据权利要求2或3所述的机器人控制系统，其特征在于，所述动作捕捉装置，将采集的人体连续动作信息，形成连续数据帧，并顺序传输给所述计算装置，

所述计算装置根据所述动作映射打开指令信息，将动作捕捉装置产生的动作指令映射为机器人当前姿态动作指令，包括：所述计算装置将接收到的每帧数据平滑滤波处理后，进行数据映射处理，使第一帧数据与被控机器人上一次姿态的最后一帧数据相对应，利用第一帧数据与机器人上一次姿态的最后一帧数据对应关系，以及所述连续数据帧，获取人体动作增量信息，

并将所述人体动作增量信息发送至机器人端，以使所述被控机器人根据该人体动作增量信息执行和人体动作增量一致的随动动作。

5.根据权利要求4所述的机器人控制系统，其特征在于，所述推杆被推动触发时，产生相应的机器人移动动作信息；

所述计算装置，根据推杆产生的所述移动动作信息，生成PWM波控制信息，将所述PWM波控制信息发送至机器人端，以使被控机器人根据所述PWM波控制信息进行移动。

6.一种基于动作捕捉的机器人控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收控制按键组发出的控制指令信息；

根据所述控制指令信息，将动作捕捉装置或推杆所产生的随动动作信息或移动动作信息发送至机器人端，以使被控机器人根据接收到的所述随动动作信息或移动动作信息进行随动或移动。

7.根据权利要求6所述的机器人控制方法，其特征在于，所述控制指令信息包括动作捕捉打开指令信息、动作映射打开指令信息和推杆动作打开指令信息，所述动作捕捉打开指令信息由控制按键组中的第一控制按键被触发时发出，所述动作映射打开指令信息由控制按键组中的第二按键被触发时产生，所述推杆动作打开指令信息由控制按键组中的第三按键被触发时产生；

根据所述动作捕捉打开指令信息，将动作捕捉装置产生的随动动作信息发送至机器人端，以使被控机器人根据接收到的所述随动动作信息进行随动；

根据所述动作映射指令打开信息，将动作捕捉装置采集的动作指令映射为与机器人上一姿态相同的动作信息，发送所述动作信息至机器人端，以使被控机器人执行和动作捕捉装置产生的动作信息增量一致的随动操作；

根据所述推杆动作打开指令信息，将推杆采集的移动动作信息发送至机器人端，以使被控机器人根据所述移动动作信息进行移动。

8.根据权利要求7所述的机器人控制方法，其特征在于，所述三个控制按键，同时仅能有一个控制按键被触发。

9.根据权利要求7或8所述的机器人控制方法，其特征在于，所述动作捕捉装置，将采集的人体连续动作信息，形成连续数据帧；

根据所述动作映射打开指令信息，将动作捕捉装置产生的动作指令映射为机器人当前姿态动作指令，包括：将接收到的每帧数据平滑滤波处理后，进行数据映射处理，使第一帧数据与被控机器人上一次姿态的最后一帧数据相对应，利用第一帧数据与机器人上一次姿态的最后一帧数据对应关系，以及所述连续数据帧，获取人体动作增量信息，

将所述人体动作增量信息发送至机器人端，以使所述被控机器人根据该人体动作增量信息执行和人体动作增量一致的随动动作。

10.根据权利要求7或8所述的机器人控制方法，其特征在于，所述推杆被推动触发时，产生相应的机器人移动动作信息；

根据推杆产生的所述移动动作信息，生成PWM波控制信息，将所述PWM波控制信息发送至机器人端，以使被控机器人根据所述PWM波控制信息进行移动。