一种人形机器人的肢体控制标定系统的制作方法

1.本发明涉及机器人的技术领域，特别是涉及一种人形机器人的肢体控制标定系统。


背景技术：

2.人形机器人能够帮助人们进行一些简单的工作，比如餐厅送餐。机器人在工作一段时间或工作环境的温度或湿度等因素改变时，其肢体的累计误差和肢体形变造成误差会导致机器人的肢体动作的精确度降低，因此需要对机器人的肢体进行标定。
3.现有技术提出了多种标定方法和系统，例如专利号为“zl202011301639.5”的中国发明专利提出的一种移动机器人的标定方法、装置及设备，该方法实施时，当移动机器人移动到标定装置的底部的指定位置时，控制标定装置上的雷达标定板接收移动机器人上的激光雷达发射的激光，并计算出激光雷达相对于所述移动机器人的角度安装偏差并进行校正；以及控制移动机器人原地旋转得到移动机器人的旋转轨迹点，并根据旋转轨迹点计算得到移动机器人的差速轮到移动机器人中心的轮距比值，并根据轮距比值校正所述移动机器人的旋转轨迹点；还例如专利号为“zl202010231753.9”的中国发明专利提出的机器人与工业相机手眼标定的方法，该本发明用led灯珠作为标定工具，led灯珠固定在不影响生产的工作台、固定夹具的边缘处，进行标定，标定结束后，标定工具和生产工件不需要更换，能够替代棋盘格，且标定过程全程自动运行，无需人为干预。
4.而人形机器人具有复杂的运动方式，在肢体动作时，需要对肢体的运动幅度，运动角度等参数进行控制，为了提高肢体动作的精确性，需要对肢体的动作进行标定，但是现有技术对于人形机器人的肢体标定涉及较少。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供一种在不同的标准值区间分别标定，超出标准值范围的距离和长度进行拟合标定，提高人形机器人肢体动作的精确性和智能水平的人形机器人的肢体控制标定系统。
6.本发明的一种人形机器人的肢体控制标定系统，包括机器人主体、多个肢体和监控部，机器人主体设置多个肢体和处理模块，处理模块中设置有储存器和处理芯片，多个肢体上均设置多个关节，多个关节之间均设置角度传感器，监控部安装在机器人主体上；还包括多个标定块、监控摄像头、发射器和接收器，多个肢体的关节臂上均设置有两个标定块，同一肢体上的两个标定块之间的距离为标准值，不同关节臂上的两个标定块之间的标准距离有规律的变化，并且两个标定块的中心连线与上述关节臂的轴线平行，监控摄像头安装在监控部上，监控摄像头监控工作场景和识别多个标定块的附加信息，发射器和接收器安装在监控部上，发射器照射多个标定块，多个标定块的反射角度均不同，当多个肢体的姿态为标定姿态时，多个标定块反射的光线会被接收器接收到，同时多个肢体的多个关节之间的角度为标准角度；进行标定工作时，开启发射器发射光线或电波，多个肢体分别调整姿
态，使得多个标定块反射的光线或电波均能够准确的被接收器接收到，从而使得多个肢体调整到标定姿态，此时，监控摄像头识别多个标定块的附加信息，并通过景深和坐标信息计算测量同一关节臂上的两个标定块之间的直线距离，获得直线距离表，将直线距离表中的距离与标准值分别对比，得到不同标准距离下的偏差值，将偏差值线性拟合获得偏差值函数，从而完成肢体运动距离的标定，在多个肢体到达标定姿态时，肢体的各关节之间的角度传感器分别检测关节臂之间的角度，获得角度表，将角度表中的角度与标定姿态下关节臂之间的标准角度分别进行对比，得到不同标准角度下的偏差值，将角度偏差值线性拟合获得偏差值函数，从而完成肢体运动角度的标定，可以在机器人空闲、开机和关机等节点时刻进行对多个肢体的快速标定，操作简单，能够获得距离和角度的偏差值函数，在不同的标准值区间分别标定，对超出标准值范围的距离和长度进行拟合标定，对肢体的运动幅度，运动角度等参数进行控制，从而提高肢体动作的精确性，可以帮助机器人实现更加自然和流畅的运动，提高机器人的智能水平。
7.优选的，所述多个肢体的标定姿态各不相同，多个肢体的关节臂之间的角度有规律的变化；通过上述设置使得标定时，肢体的各关节臂之间的角度传感器检测到的角度值有规律的变化，方便建立角度值表，方便拟合获得角度偏差值函数，从而提高标定的准确性。
8.优选的，多个标定块分别包含有多个肢体上相应关节臂的虚拟空间参数，监控摄像头扫描标定块后，会获得虚拟肢体的数字模型；关节臂的虚拟空间参数存储在机器人的控制系统数据库中，使得机器人能够应用增强现实技术，通过扫描标定块直接调用肢体的数字模型，对肢体的运动进行控制，提高机器人肢体运动的可控性和流畅性。
9.优选的，多个标定块上分别设置有至少三个元素构成的不同的图案，至少三个元素的虚拟圆心为标定块的中心，不同的图案用于区分不同的标定块，不同的图案分别对应不同的肢体的关节臂的数字模型；通过不同的图案将多个标定块分别开来，避免数字信息混乱，从而提高对多个肢体的多个关节臂控制的精度，至少三个元素的虚拟圆心为标定块的中心，从而方便将同一关节臂上的两个标定块的中心连接成直线，通过上述多条直线方便机器人整体了解多个肢体的运行姿态，而无需将关节臂的整体数字模型进行拟合后再了解多个肢体的运行姿态，节约了机器人算力，提高了反应速度。
10.优选的，多个标定块均安装在多个肢体的关节臂上朝向监控摄像头的安装面上，在肢体运动过程中始终至少有两个标定块被监控摄像头监控到；通过上述对多个标定块的安装位置和布置方案的优化，能够对肢体保持持续监控，从而避免肢体的运动失控。
11.优选的，还包括多个反射镜，多个标定块上均设置有反射镜，当多个肢体分别调整到标定姿态时，多个反射镜将发射器发射的光线或电波分别准确的向接收器反射；通过在多个标定块上设置反射镜，使得多个标定块的整体规格相同，只有多个反射镜不同，提高美观性，由于多个反射镜反射面积更小，从而有利于提高多个肢体的标定姿态的准确性。
12.优选的，多个反射镜的反射面均为凹面，凹面将发射器发射的光线或电波反射聚焦在接收器上；通过设置反射镜的凹面将反射的光线或电波聚焦，从而缩小接收器上接收的光斑或电波的面积，提高肢体的标定姿态的准确性。
13.优选的，多个标定块的表面哑光处理；哑光的多个标定块，有效减少多个标定块的镜面反射，提供监控摄像头监控多个标定块的清晰度。
14.优选的，还包括接触标定模块，接触标定模块包括两个移动部件和两个固定部件，两个移动部件分别安装在机器人的左右上肢体的末端关节臂上，两个固定部件分别安装在机器人主体的左右两侧，当两个上肢竖直向下恢复初始状态时，两个固定部件分别与两个移动部件同心对齐；在机器人开启、关闭和工作的空闲时，两个固定部件和两个移动部件分别对齐后，两个上肢竖直向下恢复初始状态，能够使多个肢体上的角度传感器和监控摄像头检测的距离数据归零，消除累积误差，进行快速标定。
15.优选的，移动部件和固定部件分别为光电发射器和光电接收器；通过光电发射器和光电接收器实现上肢体与机器人主体非物理接触的对齐标定，实用性好。
16.与现有技术相比本发明的有益效果为：进行标定工作时，开启发射器发射光线或电波，多个肢体分别调整姿态，使得多个标定块反射的光线或电波均能够准确的被接收器接收到，从而使得多个肢体调整到标定姿态，此时，监控摄像头识别多个标定块的附加信息，并通过景深和坐标信息计算测量同一关节臂上的两个标定块之间的直线距离，获得直线距离表，将直线距离表中的距离与标准值分别对比，得到不同标准距离下的偏差值，将偏差值线性拟合获得偏差值函数，从而完成肢体运动距离的标定，在多个肢体到达标定姿态时，肢体的各关节之间的角度传感器分别检测关节臂之间的角度，获得角度表，将角度表中的角度与标定姿态下关节臂之间的标准角度分别进行对比，得到不同标准角度下的偏差值，将角度偏差值线性拟合获得偏差值函数，从而完成肢体运动角度的标定，可以在机器人空闲、开机和关机等节点时刻进行对多个肢体的快速标定，操作简单，能够获得距离和角度的偏差值函数，在不同的标准值区间分别标定，对超出标准值范围的距离和长度进行拟合标定，对肢体的运动幅度，运动角度等参数进行控制，从而提高肢体动作的精确性，可以帮助机器人实现更加自然和流畅的运动，提高机器人的智能水平。
附图说明
17.图1是本发明的结构示意图；
18.图2是本发明的轴测结构示意图；
19.图3是本发明的俯视结构示意图；
20.图4是a处的局部放大结构示意图；
21.图5是b处的局部放大结构示意图；
22.图6是c处的局部放大结构示意图；
23.图7是本发明的标定系统结构示意图；
24.附图中标记：1、机器人主体；2、肢体；3、监控部；4、标定块；5、监控摄像头；6、发射器；7、接收器；8、反射镜；9、移动部件；10、固定部件。
具体实施方式
25.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
26.实施例1
27.如图1至图7所示，一种人形机器人的肢体控制标定系统，包括机器人主体1、多个
肢体2和监控部3，机器人主体1设置多个肢体2，多个肢体2上均设置多个关节，多个关节之间均设置角度传感器，监控部3安装在机器人主体1上；还包括多个标定块4、监控摄像头5、发射器6、接收器7和接触标定模块，多个肢体2的关节臂上均设置有两个标定块4，同一肢体上的两个标定块4之间的距离为标准值，不同关节臂上的两个标定块4之间的标准距离有规律的变化，并且两个标定块4的中心连线与上述关节臂的轴线平行，监控摄像头5安装在监控部3上，监控摄像头5监控工作场景和识别多个标定块4的附加信息，发射器6和接收器7安装在监控部3上，发射器6照射多个标定块4，多个标定块4的反射角度均不同，当多个肢体2的姿态为标定姿态时，多个标定块4反射的光线会被接收器7接收到，同时多个肢体2的多个关节之间的角度为标准角度；所述多个肢体2的标定姿态各不相同，多个肢体2的关节臂之间的角度有规律的变化。
28.进行标定工作时，开启发射器6发射光线或电波，多个肢体2分别调整姿态，如一个肢体伸直、另一个肢体弯曲，使得多个标定块4反射的光线或电波均能够准确的被接收器7接收到，从而使得多个肢体2调整到标定姿态，此时，监控摄像头5识别多个标定块4的附加信息，并通过景深和坐标信息计算测量同一关节臂上的两个标定块4之间的直线距离，获得直线距离表，将直线距离表中的距离与标准值分别对比，得到不同标准距离下的偏差值，将偏差值线性拟合获得偏差值函数，从而完成肢体运动距离的标定，在多个肢体2到达标定姿态时，肢体2的各关节之间的角度传感器分别检测关节臂之间的角度，获得角度表，将角度表中的角度与标定姿态下关节臂之间的标准角度分别进行对比，得到不同标准角度下的偏差值，将角度偏差值线性拟合获得偏差值函数，从而完成肢体运动角度的标定，可以在机器人空闲、开机和关机等节点时刻进行对多个肢体2的快速标定，操作简单，能够获得距离和角度的偏差值函数，在不同的标准值区间分别标定，对超出标准值范围的距离和长度进行拟合标定，对肢体的运动幅度，运动角度等参数进行控制，从而提高肢体动作的精确性，可以帮助机器人实现更加自然和流畅的运动，提高机器人的智能水平，通过上述设置使得标定时，肢体2的各关节臂之间的角度传感器检测到的角度值有规律的变化，方便建立角度值表，方便拟合获得角度偏差值函数，从而提高标定的准确性。
29.实施例2
30.如图1至图4所示，在实施例1的基础上，多个标定块4分别包含有多个肢体2上相应关节臂的虚拟空间参数，监控摄像头5扫描标定块4后，会获得虚拟肢体的数字模型；多个标定块4上分别设置有至少三个元素构成的不同的图案，至少三个元素的虚拟圆心为标定块4的中心，不同的图案用于区分不同的标定块4，不同的图案分别对应不同的肢体2的关节臂的数字模型；多个标定块4均安装在多个肢体2的关节臂上朝向监控摄像头5的安装面上，在肢体2运动过程中始终至少有两个标定块4被监控摄像头5监控到；还包括多个反射镜8，多个标定块4上均设置有反射镜8，当多个肢体2分别调整到标定姿态时，多个反射镜8将发射器6发射的光线或电波分别准确的向接收器7反射；多个反射镜8的反射面均为凹面，凹面将发射器6发射的光线或电波反射聚焦在接收器7上；多个标定块4的表面哑光处理。
31.关节臂的虚拟空间参数存储在机器人的控制系统数据库中，使得机器人能够应用增强现实技术，通过扫描标定块4直接调用肢体的数字模型，对肢体的运动进行控制，通过不同的图案将多个标定块4分别开来，避免数字信息混乱，从而提高对多个肢体2的多个关节臂控制的精度，至少三个元素的虚拟圆心为标定块4的中心，从而方便将同一关节臂上的
两个标定块4的中心连接成直线，通过上述多条直线方便机器人整体了解多个肢体2的运行姿态，而无需将关节臂的整体数字模型进行拟合后再了解多个肢体2的运行姿态，节约了机器人算力，提高了反应速度，通过对多个标定块4的安装位置和布置方案的优化，监控摄像头5能够对肢体2保持持续监控，从而避免肢体2的运动失控，通过在多个标定块4上设置反射镜8，使得多个标定块4的整体规格相同，只有多个反射镜8不同，提高美观性，由于多个反射镜8反射面积更小，从而有利于提高多个肢体2的标定姿态的准确性，通过设置反射镜8的凹面将反射的光线或电波聚焦，从而缩小接收器7上接收的光斑或电波的面积，提高肢体2的标定姿态的准确性，哑光的多个标定块4，有效减少多个标定块4的镜面反射，提供监控摄像头5监控多个标定块4的清晰度。
32.实施例3
33.如图1和图5所示，在实施例1和实施例2的基础上，还包括接触标定模块，接触标定模块包括两个移动部件9和两个固定部件10，两个移动部件9分别安装在机器人的左右上肢体的末端关节臂上，两个固定部件10分别安装在机器人主体1的左右两侧，当两个上肢竖直向下恢复初始状态时，两个固定部件10分别与两个移动部件9同心对齐；移动部件9和固定部件10分别为光电发射器和光电接收器。
34.在机器人开启、关闭和工作的空闲时，两个固定部件10和两个移动部件9分别对齐后，两个上肢竖直向下恢复初始状态，能够使多个肢体2上的角度传感器和监控摄像头5检测的距离数据归零，消除累积误差，进行快速标定，通过光电发射器和光电接收器实现上肢体与机器人主体1非物理接触的对齐标定，实用性好。
35.如图1至图7所示，本发明的一种人形机器人的肢体控制标定系统，其在工作时，首先在机器人开启、关闭和工作的空闲时，两个固定部件10和两个移动部件9分别对齐后，两个上肢竖直向下恢复初始状态，使多个肢体2上的角度传感器和监控摄像头5检测的距离数据归零，开启发射器6发射光线或电波，多个肢体2分别调整姿态，使得多个反射镜8反射的光线或电波均能够准确的被接收器7接收到，从而使得多个肢体2调整到标定姿态，之后监控摄像头5识别多个标定块4的附加信息，并通过景深和坐标信息计算测量同一关节臂上的两个标定块4之间的直线距离，获得直线距离表，将直线距离表中的距离与标准值分别对比，得到不同标准距离下的偏差值，将偏差值线性拟合获得偏差值函数，从而完成肢体运动距离的标定，然后在多个肢体2到达标定姿态时，肢体2的各关节之间的角度传感器分别检测关节臂之间的角度，获得角度表，将角度表中的角度与标定姿态下关节臂之间的标准角度分别进行对比，得到不同标准角度下的偏差值，将角度偏差值线性拟合获得偏差值函数，从而完成肢体运动角度的标定，能够获得距离和角度的偏差值函数，最后在不同的标准值区间分别标定，超出标准值范围的距离和长度进行拟合标定即可。
36.本发明所实现的主要功能为：
37.1、可以在机器人空闲、开机和关机等节点时刻进行对多个肢体2的快速标定，操作简单；
38.2、获得距离和角度的偏差值函数，最后在不同的标准值区间分别标定，超出标准值范围的距离和长度进行拟合标定；
39.3、对肢体的运动幅度，运动角度等参数进行控制，从而提高肢体动作的精确性；
40.4、能够应用增强现实技术，通过扫描标定块4直接调用肢体的数字模型，对肢体的
运动进行控制，提高机器人肢体运动的可控性和流畅性。
41.本发明的一种人形机器人的肢体控制标定系统，其安装方式、连接方式或设置方式均为常见机械方式，只要能够达成其有益效果的均可进行实施；本发明的一种人形机器人的肢体控制标定系统的机器人主体1、肢体2、监控部3、标定块4、监控摄像头5、发射器6、接收器7、移动部件9、固定部件10为市面上采购，本行业内技术人员只需按照其附带的使用说明书进行安装和操作即可，而无需本领域的技术人员付出创造性劳动。
42.本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
43.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种人形机器人的肢体控制标定系统，包括机器人主体(1)、多个肢体(2)和监控部(3)，机器人主体(1)设置多个肢体(2)，多个肢体(2)上均设置多个关节，多个关节之间均设置角度传感器，监控部(3)安装在机器人主体(1)上；其特征在于，还包括多个标定块(4)、监控摄像头(5)、发射器(6)和接收器(7)，多个肢体(2)的关节臂上均设置有两个标定块(4)，同一肢体上的两个标定块(4)之间的距离为标准值，不同关节臂上的两个标定块(4)之间的标准距离有规律的变化，并且两个标定块(4)的中心连线与上述关节臂的轴线平行，监控摄像头(5)安装在监控部(3)上，监控摄像头(5)监控工作场景和识别多个标定块(4)的附加信息，发射器(6)和接收器(7)安装在监控部(3)上，发射器(6)照射多个标定块(4)，多个标定块(4)的反射角度均不同，当多个肢体(2)的姿态为标定姿态时，多个标定块(4)反射的光线会被接收器(7)接收到，同时多个肢体(2)的多个关节之间的角度为标准角度。2.如权利要求1所述的一种人形机器人的肢体控制标定系统，其特征在于，所述多个肢体(2)的标定姿态各不相同，多个肢体(2)的关节臂之间的角度有规律的变化。3.如权利要求1所述的一种人形机器人的肢体控制标定系统，其特征在于，多个标定块(4)分别包含有多个肢体(2)上相应关节臂的虚拟空间参数，监控摄像头(5)扫描标定块(4)后，会获得虚拟肢体的数字模型。4.如权利要求3所述的一种人形机器人的肢体控制标定系统，其特征在于，多个标定块(4)上分别设置有至少三个元素构成的不同的图案，至少三个元素的虚拟圆心为标定块(4)的中心，不同的图案用于区分不同的标定块(4)，不同的图案分别对应不同的肢体(2)的关节臂的数字模型。5.如权利要求1所述的一种人形机器人的肢体控制标定系统，其特征在于，多个标定块(4)均安装在多个肢体(2)的关节臂上朝向监控摄像头(5)的安装面上，在肢体(2)运动过程中始终至少有两个标定块(4)被监控摄像头(5)监控到。6.如权利要求1所述的一种人形机器人的肢体控制标定系统，其特征在于，还包括多个反射镜(8)，多个标定块(4)上均设置有反射镜(8)，当多个肢体(2)分别调整到标定姿态时，多个反射镜(8)将发射器(6)发射的光线或电波分别准确的向接收器(7)反射。7.如权利要求6所述的一种人形机器人的肢体控制标定系统，其特征在于，多个反射镜(8)的反射面均为凹面，凹面将发射器(6)发射的光线或电波反射聚焦在接收器(7)上。8.如权利要求6所述的一种人形机器人的肢体控制标定系统，其特征在于，多个标定块(4)的表面哑光处理。9.如权利要求1所述的一种人形机器人的肢体控制标定系统，其特征在于，还包括接触标定模块，接触标定模块包括两个移动部件(9)和两个固定部件(10)，两个移动部件(9)分别安装在机器人的左右上肢体的末端关节臂上，两个固定部件(10)分别安装在机器人主体(1)的左右两侧，当两个上肢竖直向下恢复初始状态时，两个固定部件(10)分别与两个移动部件(9)同心对齐。10.如权利要求9所述的一种人形机器人的肢体控制标定系统，其特征在于，移动部件(9)和固定部件(10)分别为光电发射器和光电接收器。

技术总结
本发明涉及机器人的技术领域，特别是涉及一种人形机器人的肢体控制标定系统，其在不同的标准值区间分别标定，超出标准值范围的距离和长度进行拟合标定，提高人形机器人肢体动作的精确性和智能水平；包括机器人主体，机器人主体设置多个肢体和监控部；还包括多个标定块、监控摄像头、发射器、接收器和接触标定模块，多个肢体的关节臂上均设置有两个标定块，同一肢体上的两个标定块之间的距离为标准值，监控摄像头安装在监控部上，发射器和接收器安装在监控部上，发射器照射多个标定块，多个标定块的反射角度均不同，当多个肢体的姿态为标定姿态时，多个标定块反射的光线会被接收器接收到，同时多个肢体的多个关节之间的角度为标准角度。准角度。准角度。


技术研发人员：李博阳
受保护的技术使用者：大连蒂艾斯科技发展股份有限公司
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/8/9