一种开放式智能服务机器人系统及其多种控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人领域，特别涉及可进行人机交互、协同进行多种服务作业的智能机器人。
【背景技术】
[0002]现有技术中机器人大多应用在工业领域，特别是应用在流水作业的生产线上，这种机器人的功能比较简单，适应执行大批量作业的任务，而对于具有不确定性的小排量或单个作业任务来讲，这种机器人很难胜任，而且，上述机器人基本都是固定模式运作，在需要人机合作才能完成的任务时，这些机器人很少能够与操作者进行协同配合，适应性比较差。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种具有开放性、标准化以及网络化的服务作业智能机器人，在原有机器人的基础上添加人机协同系统和安全保护系统，与操作者协同配合，解决现有机器人不能完成人机配合作业的技术问题。
[0004]本发明为解决上述技术问题而设计的这种高智能机器人包括躯干、设置于该躯干两侧的两个机械臂以及控制上述躯干和机械臂动作的控制系统，该机器人还包括连接所述控制系统的人机协作系统、干涉保护系统以及语音声控系统。
[0005]本发明的进一步改进在于:所述人机协作系统包括连接所述控制系统的人机交互单元，这种人机交互单元包括并联的离线编程模块、在线编程模块以及手势控制模块。
[0006]本发明的再进一步改进在于:所述人机干涉保护系统还包括分别连接所述控制系统的人体感应器和设置于每个机械臂上的力传感器。
[0007]本发明的再进一步改进在于:所述语音声控系统包括语音控制模块和语音播放单
J L ο
[0008]本发明的更进一步改进在于:该机器人还包括连接所述控制系统的立体视觉系统，该立体视觉系统包括设置于躯干头部的第一摄像机以及设置于至少一个机械臂上的第二摄像机，该机器人还包括连接所述控制系统的网络通讯系统。
[0009]本发明所述躯干包括上躯干、下躯干以及两者之间设置的第一旋转关节，所述每个机械臂均为至少六轴结构，具体包括由连接躯干的根部开始依次连接的摆动臂、旋转臂、腕部以及抓取夹具，还包括驱动关节部，该驱动关节部具体包括躯干与根部之间设置的第二旋转关节、根部与摆动臂之间设置的第一摆动关节、摆动臂与旋转臂之间设置的第二摆动关节、旋转臂与腕部之间设置的第三摆动关节以及腕部与抓取夹具之间设置的第四旋转关节，所述旋转臂为两段式结构，所述驱动关节部还包括设置于两段第一旋转臂之间的第三旋转关节，所述第二摄像机设置于所述抓取夹具上。
[0010]本发明由上述机器人构成的机器人系统至少包括两个机器人，相互之间通过所述网络通讯系统进行通讯联络、信号采集和数据传输，并协同工作。
[0011]本发明上述开放式智能服务机器人及系统的控制方法包括启动机器人，操作者选择人机协作模式、自动运行模式或语音声控运行模式；如选择人机协作模式后，则选择机器人的控制模式；操作者控制机器人进行作业。操作者控制机器人的方式包括离线输入指令控制、在线示教输入指令控制或手势控制。操作者控制机器人的方式还包括启动干涉保护系统中的力传感器，当机器人机械臂触碰人体或机械臂与其他障碍物触碰的情况下，控制机器人停止作业。
[0012]操作者如选择自动运行模式，机器人依事先预存在其控制系统中的指令自动运行，而操作者则开启干涉保护系统中的人体感应器和力传感器，当机械臂接近人体时或机械臂与其他障碍物触碰的情况下，控制机器人停止继续作业。所述自动运行模式还包括多台机器人协同运行模式，通过局域网将多台机器人联动进行作业。
[0013]操作者如选择语音声控运行模式，则通过语音控制模块控制机器人作业本发明采用上述的技术方案，可以使得这种高智能机器人完成与操作者进行协同配合的任务，并且该机器人具有开放性的特点，可以与其他机器人构成服务系统，开展协同合作，完成比较复杂的任务，另外，本发明的机器人具有可靠的保护措施，防止机器人作业中误伤操作者、周边物体以及机器人自己。本发明是具有触摸屏人机交互、立体视觉自主定位、目标图像检测分析、精密复杂任务伺服控制、带有双手臂和腰肢的多轴协作工业机器人。作业人员可以通过离线编程、在线示教、语音声控系统便利地进行操作，同时在机器人背部的触摸屏人机交互界面上显示作业内容、完成情况过程统计(SPC)。
【附图说明】
[0014]图1是本发明开放式智能服务机器人的正面立体示意图。图2是本发明开放式智能服务机器人的背面立体示意图。图3是本发明开放式智能服务机器人控制协作示意图。图4是本发明开放式智能服务机器人指令控制示意图。图5是本发明机器人系统的立体示意图。图6是本发明机器人系统组成及控制原理示意图。图7是本发明机器人控制系统的控制框图。图8是本发明机器人控制系统的控制流程图。
【具体实施方式】
[0015]结合上述【附图说明】本发明的具体实施例。
[0016]由图1至图4、图7和图8中可知，本发明的开放式智能服务机器人包括躯干100、设置于该躯干100两侧的两个机械臂200以及控制上述躯干和机械臂动作的控制系统300，该机器人还包括连接所述控制系统300的人机协作系统400、干涉保护系统500以及语音声控系统800。本发明的机器人控制方法是首先启动机器人，操作者选择人机协作模式或自动运行模式，如选择人机协作模式后，则选择机器人的控制模式，操作者控制机器人进行作业。本发明在传统机器人的基础上增加了人机协作系统和干涉保护系统，人机协作系统用于在需要操作者与机器人配合完成的任务中进行人机交流协同配合，由操作者控制机器人的动作，人机配合完成任务，而干涉保护系统则是出于安全角度考虑，当机械臂与人体或周围物体发生干涉的情况下，则控制机器人采取安全措施，保证人员以及其自身的安全。本发明机器人具有位姿信息“掉电保护”功能。采用绝对编码器位置反馈，数据寄存器对机器人各伺服电机位置反馈进行存储、实现记忆功能。初次使用时做系统标定，以后操作时不必每次都要重复做“系统回零”，系统启动、并伺服使能(SERVO ON)之后，系统进入待工作状态。
[0017]由图7和图8中可知，所述人机协作系统400包括连接所述控制系统300的人机交互单元410，所述人机交互单元410包括并联的离线编程模块411、在线编程模块412以及手势控制模块413。操作者可以通过上述模块进行离线输入指令控制、在线示教输入指令控制或手势控制。
[0018]由图7和图8中可知，所述人机干涉保护系统500还包括分别连接所述控制系统300的人体感应器510和设置于每个机械臂200上的力传感器520。操作者在选择人机协作模式的情况下，还需要启动干涉保护系统500中的力传感器520，当机器人机械臂触碰人体或机械臂与其他障碍物触碰的情况下，控制机器人停止作业，此种运行模式下，作业人员不能进入机器人作业范围，以免发生碰撞危险。操作者如选择自动运行模式，机器人依事先预存在其控制系统中的指令配合高解析度的双CCD视觉系统，机器人全自主智能作业(可以通过机器人控制系统自带的离线编程系统、或者通过系统自带的机器人语言在线编程系统，编译、链接后即可执行)。而操作者则开启干涉保护系统500中的人体感应器510和力传感器520，当机械臂接近人体时或机械臂与其他障碍物触碰的情况下，控制机器人停止继续作业。本发明机器人控制系统还设计有“睡眠唤醒”功能。在机器人系统电源开启、并处于“待工作”状态情况下，如果长时间(如超过半小时，可以软件设定、修改参数)没有下达作业指令，机器人自动进入睡眠状态，以节约能源；机器人休眠期间，当作业人员靠近机器人一定距离范围之内(如1.5米以内，可以软件设定、修改参数)，机器人自动从睡眠中唤醒、进入“待工作”状态。
[0019]由图2、图7和图8中可知，所述语音声控系统800包括语音控制模块810和语音播放单元820，智能服务机器人控制系统软件提供了自主研发的“机器人语言”，比如操作者可以借助于机器人语言的编程环境，在系统不停止运行的情况下，对后续作业进行编程，编译、链接后即可自动生成新的作业运行程式；操作者也可以通过控制系统软件提供的语音声控系统800，按照语音指令集，通过语音控制模块810，控制机器人实现双臂空间运动、腰部水平回转、头部上下、左右运动，并记录、保存运行过程中关键位置的点位信息，系统自动按照自主研发设计的“BWR机器人语言”的编程格式智