[发明专利]人机交互式机械手控制系统及其控制方法

权利要求书

1.一种人机交互式机械手控制系统，其特征在于，它包括三大部分：目标空间坐标信息采集装置、可编程的控制器和驱动装置，其中：

所述的目标空间坐标信息采集装置包括一个具有左右转动和上下俯仰两个方向自由度的云台、两个三维姿态传感器和一个激光测距传感器；两个三维姿态传感器中的一个安装在云台上，能够随云台进行运动，用作云台活动坐标系姿态的检测，另一个三维姿态传感器固定安装在云台底座上，用作静止的基础坐标系，通过比较两个三维姿态传感器之间不同方向的角度差获得云台的活动坐标系相对基础坐标系的变化；激光测距传感器安装在云台上，随云台进行运动，通过调整云台的姿态，来将激光测距传感器的光斑投射到要操作的目标上，并且测出目标的距离；

所述的可编程控制器包括目标坐标定位模块、关节反解模块和控制模块，其中：

所述的目标坐标定位模块的作用是，在获得云台的活动坐标系相对基础坐标系的变化信息和目标的距离信息后，通过目标坐标变换计算程序，进行不同坐标系间的变换推演，计算出激光指定目标相对于机械手基础坐标系的三维空间坐标值；

所述的关节反解模块是一个已训练好的人工神经网络模型，其作用是，当机械手控制系统获得随机工作目标在基础坐标系的三维空间坐标值后,将该3个坐标值和某种代偿姿态描述作为网络模型的输入,以此来快速、并行地得到机械手各关节的某种可行的求解值，按照这些求解值来转动各个关节的角度，将机械手的手部中心放置到激光点指示的位置上方的某个高度附近；

所述的控制模块的作用是，用于发出跟踪指令、抓取目标指令、松开目标指令、手部抬升指令、手部下降指令、示教目标指令和停止指令；

所述的驱动装置包括驱动器和驱动机械手的电机；当驱动器接收到控制器发送来的动作指令时，便控制电机运转或停止，完成机械手相应的操作动作。

2.一种如权利要求1所述的人机交互式机械手控制系统的控制方法，其特征在于，步骤如下：

第一步：由操作人员调整安装有传感器的云台的朝向，将其上的激光测距传感器的光束指到需要操作的目标上；

第二步：通过控制器发出跟踪指令，目标空间坐标信息采集装置开始采集传感器数据；

第三步：将采集到的传感器数据传输到控制器，控制器在获得云台的活动坐标系相对基础坐标系的变化信息和目标的距离信息后，由目标坐标定位模块进行不同坐标系间的变换推演，计算出激光指定目标相对于机械手基础坐标系的三维空间坐标值；

第四步：当关节反解模块获得第二步的三维空间坐标值后,将该三个坐标值和某种代偿姿态描述作为网络模型的输入,以此来快速、并行地得到机械手各关节的某种可行的求解值，按照这些求解值来转动各个关节的角度，将机械手的手部中心放置到激光点指示的位置上方的某个高度附近；

第五步：操作人员通过控制器发出动作指令，控制模块控制驱动模块完成相应操作。