CN110497408A - 一种人机协作工业机器人驱控一体系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人机协作工业机器人驱控一体系统，包括电机电流采集模块、DA转换模块、控制芯片、驱动电机和人机协作模块，所述电机电流采集模块的输出端与DA转换模块的输入端电性连接，所述DA转换模块的输出端和人机协作模块的输出端均与控制芯片的输入端电性连接，所述控制芯片的输出端与驱动电机的输入端电性连接，所述人机协作模块包括传感器一、传感器二、目标识别定位模块、意图预测器、意图知识库和预期运动规划器。本发明通过设置电机电流采集模块、DA转换模块、控制芯片、驱动电机和人机协作模块，提高了机器人的安全性，并且可以进行人机协作作业，操作人员可以与工业机器人进行协同工作，可以对机器人进行拖动示教。
Description
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域，具体为一种人机协作工业机器人驱控一体系统。
背景技术
随着我国人口红利的消失，机器人取代工人显得越来越迫切，它在工业生产中所扮演的角色越来越重要，机器人顺利工作前的重要步骤是机器人的示教，目前，机器人的示教工作主要是依赖于工人操作示教器来完成的，然而，这种方式的缺陷很多，如示教效率低，示教过程复杂，并且需要操作员掌握一定的机器人使用知识，机器人拖动示教，就是操作员可以直接拖着机器人各关节，运动到理想的姿态，记录下来，但是现有的工业机器人驱控系统在使用时不方便，机器与操作人员之间难以交互协作，且示教的精确性不够，局限性较大，因此有必要对现有技术进行改进，以解决上述问题。
发明内容
（一）解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种人机协作工业机器人驱控一体系统，以解决上述背景技术中提出的机器与操作人员之间难以交互协作，且示教的精确性不够，局限性较大的问题。
（二）技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种人机协作工业机器人驱控一体系统，包括电机电流采集模块、DA转换模块、控制芯片、驱动电机和人机协作模块，所述电机电流采集模块的输出端与DA转换模块的输入端电性连接，所述DA转换模块的输出端和人机协作模块的输出端均与控制芯片的输入端电性连接，所述控制芯片的输出端与驱动电机的输入端电性连接，所述人机协作模块包括传感器一、传感器二、目标识别定位模块、意图预测器、意图知识库和预期运动规划器。
优选的，所述人机协作模块进行人机协作作业的步骤设置为：
S1：操作人员进行拖动示教，通过传感器一监测机器人关节的力矩信息，通过传感器二捕捉操作人员的肢体信息，并将其传给目标识别定位模块；
S2：目标识别定位模块提取传感器信息并进行定位，将两个传感器的监测信息整合起来，并将数据传给意图预测器，意图预测器将数据与意图知识库内的数据进行比对，从而可确定人体所要表达的命令信息，并将命令信息传给预期运动规划器；
S3：预期运动规划器生成运动规划命令，并传给控制芯片，控制芯片再控制机器人进行动作，从而可完成人机协作作业。
优选的，所述控制芯片设置为单芯多核异构SoC芯片。
优选的，所述传感器一设置为力矩传感器，安装在机器人关节处，所述传感器一设置有若干个，若干个所述传感器一分散设置在机器人的各个关节处。
优选的，所述传感器二设置为惯性传感器，佩戴在操作人员的肢体上，所述传感器二设置有若干个，若干个所述传感器二分散佩戴在操作人员的各个部位。
（三）有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明通过设置电机电流采集模块、DA转换模块、控制芯片和驱动电机，通过电机电流采集模块进行电流信息采集并传给DA转换模块进行数据转换，然后再反馈到控制芯片，控制芯片根据反馈的电流计算出施加在机械臂上的外力，并以单芯多核异构SoC芯片的62.5us的周期响应，若外力超过机器人的承受范围，则控制芯片控制驱动电机停止运动，从而可提高机器人的安全性。
（2）本发明通过设置传感器一和传感器二，传感器一监测机器人关节的力矩信息，传感器二捕捉操作人员的肢体信息，通过传感器一和传感器二的双重作用，使得拖动示教的精确性得到大大提高，机器人与操作人员之间相交互，协同工作。
附图说明
图1为本发明整体原理框图；
图2为本发明人机协作模块原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供的一种实施例：一种人机协作工业机器人驱控一体系统，包括电机电流采集模块、DA转换模块、控制芯片、驱动电机和人机协作模块，所述电机电流采集模块的输出端与DA转换模块的输入端电性连接，所述DA转换模块的输出端和人机协作模块的输出端均与控制芯片的输入端电性连接，所述控制芯片的输出端与驱动电机的输入端电性连接，所述人机协作模块包括传感器一、传感器二、目标识别定位模块、意图预测器、意图知识库和预期运动规划器。
进一步，人机协作模块进行人机协作作业的步骤设置为：
S1：操作人员进行拖动示教，通过传感器一监测机器人关节的力矩信息，通过传感器二捕捉操作人员的肢体信息，并将其传给目标识别定位模块；
S2：目标识别定位模块提取传感器信息并进行定位，将两个传感器的监测信息整合起来，并将数据传给意图预测器，意图预测器将数据与意图知识库内的数据进行比对，从而可确定人体所要表达的命令信息，并将命令信息传给预期运动规划器；
S3：预期运动规划器生成运动规划命令，并传给控制芯片，控制芯片再控制机器人进行动作，从而可完成人机协作作业。
进一步，控制芯片设置为单芯多核异构SoC芯片，单芯多核异构SoC芯片，具有很高的系统响应速度，电流环响应周期达到62.5us。
进一步，传感器一设置为力矩传感器，安装在机器人关节处，所述传感器一设置有若干个，若干个所述传感器一分散设置在机器人的各个关节处，力矩传感器配合控制芯片中的算法，操作人员牵引机器人末端执行器做线性或者旋转的运动，检测出用户施加在该处的外力信息。
进一步，传感器二设置为惯性传感器，佩戴在操作人员的肢体上，所述传感器二设置有若干个，若干个所述传感器二分散佩戴在操作人员的各个部位，利用每个传感器二传来的数据，系统算法计算处每个传感器二的相对三维位置，进而可提取操作人员的肢体信息。
工作原理：机器人驱动电机的电流通过电机电流采集模块进行采集并传给DA转换模块进行转换，然后再反馈到控制芯片，控制芯片根据反馈的电流计算出施加在机械臂上的外力，并以62.5us的周期响应，若外力超过机器人的承受范围，则控制芯片控制驱动电机停止运动，从而可提高机器人的安全性，通过设置人机协作模块使得可以进行人机协作作业，操作人员可以与工业机器人进行协同工作，亦可以对机器人进行拖动示教，通过传感器一监测机器人关节的力矩信息，通过传感器二捕捉操作人员的肢体信息，然后控制系统整合多个传感器的数据，并与意图知识库内的命令信息进行比对，进而可确定操作人员所要表达的操作意图，通过预期运动规划器规划处机器人将要执行的运动轨迹，最后控制芯片根据运动轨迹控制机器人开始运动。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种人机协作工业机器人驱控一体系统，包括电机电流采集模块、DA转换模块、控制芯片、驱动电机和人机协作模块，其特征在于：所述电机电流采集模块的输出端与DA转换模块的输入端电性连接，所述DA转换模块的输出端和人机协作模块的输出端均与控制芯片的输入端电性连接，所述控制芯片的输出端与驱动电机的输入端电性连接，所述人机协作模块包括传感器一、传感器二、目标识别定位模块、意图预测器、意图知识库和预期运动规划器。
2.根据权利要求1所述的一种人机协作工业机器人驱控一体系统，其特征在于：所述人机协作模块进行人机协作作业的步骤设置为：
S1：操作人员进行拖动示教，通过传感器一监测机器人关节的力矩信息，通过传感器二捕捉操作人员的肢体信息，并将其传给目标识别定位模块；
S2：目标识别定位模块提取传感器信息并进行定位，将两个传感器的监测信息整合起来，并将数据传给意图预测器，意图预测器将数据与意图知识库内的数据进行比对，从而可确定人体所要表达的命令信息，并将命令信息传给预期运动规划器；
S3：预期运动规划器生成运动规划命令，并传给控制芯片，控制芯片再控制机器人进行动作，从而可完成人机协作作业。
3.根据权利要求1所述的一种人机协作工业机器人驱控一体系统，其特征在于：所述控制芯片设置为单芯多核异构SoC芯片。
4.根据权利要求1所述的一种人机协作工业机器人驱控一体系统，其特征在于：所述传感器一设置为力矩传感器，安装在机器人关节处，所述传感器一设置有若干个，若干个所述传感器一分散设置在机器人的各个关节处。
5.根据权利要求1所述的一种人机协作工业机器人驱控一体系统，其特征在于：所述传感器二设置为惯性传感器，佩戴在操作人员的肢体上，传感器二设置有若干个，若干个传感器二分散佩戴在操作人员的各个部位。
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