一种智能复合型人形机器人及控制方法与流程

本发明属于具身智能机器人，尤其涉及一种智能复合型人形机器人及控制方法。

背景技术：

1、复合型机器人是一种集成了多种机器人技术，如机械臂、移动平台、传感器、视觉系统、人工智能和控制系统等的综合性机器人系统。它具备复杂的动作控制和高度智能化的特点，能够适应多种复杂环境并完成多样化任务。

2、现有技术公开号为cn120791770a的专利公开了一种复合型移动机器人及复合型移动机器人控制系统：包括控制终端、无线通信模块和传感器模块,传感器模块全面获取移动机器人实时位置、周围环境及机械臂运动点位置信息,数据处理模块对接收的信息实时处理,障碍点生成模块基于处理后的数据准确生成并标记障碍点,移动路径规划模块结合障碍点与移动机器人的实时位置信息规划合理路线,机械臂定位模块生成机械臂的实时外轮廓信息,机械臂姿态调整模块依据外轮廓信息与障碍点信息的规划机械臂的运动轨迹、并调整姿态,通过各模块紧密配合,提升机器人在复杂环境中的环境感知能力,避免定位不准、导航失误和避障不及时,提高作业效率与安全性。

技术实现思路

1、当前的复合型机器人多为轮式移动平台和单个机械臂的机器人系统，但是单臂机器人在操作灵活性、任务效率和适应性方面存在不足，无法执行需要双手协作的复杂任务。且传统的复合型机器人只具备平面移动能力，在z轴（高度）上并没有移动能力，使得操作范围受到严重的受限。

2、同时，传统的复合机器人通常使用有线连接的方式连接主控进行开发和代码修改，这种方式极其不方便且会增加安全隐患。在动作示教教学方面，传统的复合机器人采集数据一般使用示教方案，这种方案一般需要两台型号一致的机器人，并且需要依靠人类去双手移动机械臂进行示教，这种方案成本高昂，并且具有一定危险性。

3、本发明公开一种智能复合型人形机器人，包括移动底盘，移动底盘上方设有升降装置；升降装置顶部连接人形机器人的躯干；人形机器人的左右两侧各设有一根机械臂；人形机器人集成了主控模块，路由器模块和传感器模块；操作人员通过路由器模块进行远程开发，并通过路由器模块传输数据和vr遥操指令进行机器人动作控制。

4、具体的，机械臂与主控模块之间通过以太网通讯，机械臂的以太网线先接入路由器，与路由器合并成一根以太网线接入主控模块。

5、具体的，机械臂远端设有夹爪，夹爪通过rs485和机械臂通信，主控模块通过控制机械臂信号间接控制夹爪。

6、具体的，传感器模块包括若干个深度相机，深度相机与主控模块通过usb通信；人形机器人的头部，胸腔和机械臂的两个夹爪上均设有深度相机。

7、具体的，升降装置采用丝杆滑台，由底部的伺服电机驱动，丝杆滑台由滑块和滑轨构成，滑块上设有固定环，人形机器人安装在固定环上。升降装置控制机器人高度升降；移动底盘通过电机和机轮控制机器人平面移动。

8、本发明还公开一种智能复合型人形机器人控制方法，应用于上述的智能复合型人形机器人，包括以下步骤：

9、s1、操作人员利用vr进行远程遥操机器人并进行动作示教，动作示教时通过vr系统实时获取vr手柄相对于vr头显设备的齐次变换矩阵；

10、s2、对示教动作执行逆运动学解析，计算示教动作过程中的关节角度指令；

11、s3、将关节角度指令和传感器数据输入扩散模型；

12、s4、扩散模型采用条件扩散进行运动轨迹生成，进行运动解算输出关节角度指令；

13、s5、人形机器人执行动作，并持续进行柔顺控制和运动学前馈补偿，调节电机扭矩指令。

14、具体的，s4中神经网络扩散模型进行动作生成时，具体包括以下步骤：

15、s4-1、采集机器人的低维数据，包括机械臂和夹爪的本体感知数据，传感器采集的视觉感知数据，以及操作人员语言指令，通过独立的特征编码器将低维数据映射到统一的特征空间，进行跨模态融合，生成条件向量；

16、s4-2、扩散模型前向扩散对动作进行加噪，再将条件向量作为扩散模型的条件输入，进行反向去噪，根据条件向量调整去噪方向，生成预测动作序列和运动轨迹。

17、具体的，生成预测动作序列和运动轨迹后，在机器人执行动作前，对环境点云模型进行扫描，若检测到碰撞风险则立即重新规划路径。

18、具体的，对规划完成的路径按照阻尼最小二乘逆运动学求解机制，进行运动解算，输出关节角度指令。

19、具体的，s5中根据机械臂腕部六维力传感器实时反馈接触力信息，驱动阻抗控制器动态调节关节刚度与阻尼系数，对关节角度指令进行柔顺控制；并将调整后的关节角度指令进行动力学前馈补偿，包含重力补偿，科氏力补偿和摩擦力补偿，从关节角度指令生成电机扭矩指令，下发至电机驱动器。

20、本发明的有益效果是，通过双机械臂和升降机的结构设计，大大扩大了操作范围；使用开源的ros系统进行开发，给二次开发提供极大的便利，利用路由器模块，可以在不依赖外部无线网络的可以下进行无线连接，开发更加安全方便；利用vr进行遥操机器人进行动作示教操作，更复合人类习惯，方便安全；同时轨迹检测和柔顺控制方法可以方便开发者进行开发，不用花费太多精力在安全和轨迹光顺上。

1.一种智能复合型人形机器人，其特征在于，包括移动底盘，移动底盘上方设有升降装置；升降装置顶部连接人形机器人的躯干；人形机器人的左右两侧各设有一根机械臂；人形机器人集成了主控模块，路由器模块和传感器模块；操作人员通过路由器模块进行远程开发，并通过路由器模块传输数据和vr遥操指令进行机器人动作控制。

2.根据权利要求1所述的智能复合型人形机器人，其特征在于，机械臂与主控模块之间通过以太网通讯，机械臂的以太网线先接入路由器，与路由器合并成一根以太网线接入主控模块。

3.根据权利要求1或2所述的智能复合型人形机器人，其特征在于，机械臂远端设有夹爪，夹爪通过rs485和机械臂通信，主控模块通过控制机械臂信号间接控制夹爪。

4.根据权利要求1所述的智能复合型人形机器人，其特征在于，传感器模块包括若干个深度相机，深度相机与主控模块通过usb通信；人形机器人的头部，胸腔和机械臂的两个夹爪上均设有深度相机。

5.根据权利要求1所述的智能复合型人形机器人，其特征在于，升降装置采用丝杆滑台，由底部的伺服电机驱动，丝杆滑台由滑块和滑轨构成，滑块上设有固定环，人形机器人安装在固定环上；升降装置控制机器人高度升降；移动底盘通过电机和机轮控制机器人平面移动。

6.一种智能复合型人形机器人控制方法，应用于上述权利要求1-5所述的智能复合型人形机器人，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的智能复合型人形机器人控制方法，其特征在于，s4中扩散模型进行动作生成时，具体包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的智能复合型人形机器人控制方法，其特征在于，生成预测动作序列和运动轨迹后，在机器人执行动作前，对环境点云模型进行扫描，检测运动轨迹是否存在碰撞风险；若检测到碰撞风险则立即重新规划路径。

9.根据权利要求8所述的智能复合型人形机器人控制方法，其特征在于，对规划完成的路径按照阻尼最小二乘逆运动学求解机制，进行运动解算，输出关节角度指令。

10.根据权利要求6所述的智能复合型人形机器人控制方法，其特征在于，s5中根据机械臂腕部六维力传感器实时反馈接触力信息，驱动阻抗控制器动态调节关节刚度与阻尼系数，对关节角度指令进行柔顺控制；并将调整后的关节角度指令进行动力学前馈补偿，包含重力补偿，科氏力补偿和摩擦力补偿，从关节角度指令生成电机扭矩指令，下发至电机驱动器。