[发明专利]六自由度机械臂遥操作控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人遥操作控制领域，具体提出了一种基于左右手两个三自由度力检测操纵杆的六自由度机械臂遥操作控制方法。

背景技术

为了应对在远距离或危险环境下执行未知或复杂任务的需要，各发达国家争相研究遥操作技术，遥操作技术是空间、深海以及遥远距离等特殊环境下机器人完成作业任务的关键技术。目前对于机械臂的遥操作控制，控制端一般使用的是手控器或者单个操纵杆。基于手控器的遥操作控制方法自由度丰富比较灵活，但是力反馈精度和稳定性方面有时达不到较高的要求。基于单个操纵杆的遥操作控制方法自由度少，且无力反馈，但是稳定性好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于左右手两个三自由度力检测操纵杆的六自由度机械臂遥操作控制方法，使用该发明可以稳定灵活地对六自由度机械臂进行遥操作控制，实现各种复杂环境下的遥操作作业任务。

本发明采用如下技术方案：

一种六自由度机械臂遥操作控制方法，其特征在于：采用具有三自由度控制的第一操纵杆和具有三自由度控制的第二操纵杆对六自由度机械臂的速度、位置和角度进行控制，在第一操纵杆上设置有第一三自由度腕力传感器，在第二操纵杆上设置有第二三自由度腕力传感器，所述的第一三自由度腕力传感器和第二三自由度腕力传感器可测X、Y方向的力和以Z轴为轴心的旋转力矩，其中：第一操纵杆具有第一控制模式和第二控制模式，其中第一控制模式通过第一腕力传感器测得的力和力矩值实现对六自由度机械臂末端位置三维平动时的速度控制，第二控制模式通过第一腕力传感器测得的力和力矩值实现对六自由度机械臂末端位置三维平动时的位置控制；第二操纵杆具有第三控制模式和第四控制模式，其中第三控制模式通过第二腕力传感器测得的力和力矩值实现对六自由度机械臂手爪的俯仰、旋转与偏转的速度控制，第四控制模式通过第二腕力传感器测得的力和力矩值实现对六自由度机械臂手爪的俯仰、旋转与偏转的角度控制。

所述的第一控制模式和第二控制模式通过第一按键切换，所述的第三控制模式和第四控制模式通过第二按键切换。

所述的第一控制模式下的速度控制根据第一腕力传感器检测的力和力矩值设定速度档；所述的第三控制模式下的速度控制根据第二腕力传感器检测的力和力矩值设定速度档。

第二控制模式下的位置控制方法为：第一操纵杆在X、Y方向与第一腕力传感器挤压产生的力作为输入控制机械臂末端在X-Y平面内的位移，以第一操纵杆顺逆时针旋转对第一腕力传感器作用产生的力矩值控制机械臂末端在垂直方向（Z方向）上的升降距离；第四控制模式下的位置控制方法为：第二操纵杆在X、Y方向与第二腕力传感器挤压产生的力作为输入控制机械臂末端的俯仰和旋转角度，第二操纵杆以杆方向为基轴的旋转自由度对应于机械臂手爪的偏转角度。

本发明控制方法采用两个操纵杆，可通过左右手按键来切换控制模式。开始执行遥操作任务时，首先使左右手操纵杆保持复位状态（竖直状态），接通本地对远端的控制链路，通过对右手操纵杆三个自由度的控制，实现对六自由度机械臂末端位置三维平动时的速度控制。操作杆可在空间范围内自由扳动，根据操纵杆与腕力传感器在X，Y各自方向挤压所测得的力将机械臂在X，Y方向上的行走速度档分为三档：低速档——力值在5N以内，中速档——力值在5～10N区间内，高速档——力值在10N以上。操纵杆可以以杆方向为基轴作顺逆时针旋转（自上往下看），通过此旋转自由度来控制机械臂的整体上升下降速度，逆时针旋转控制上升速度，顺时针旋转控制下降速度，根据旋转手柄对腕力传感器作用产生的力矩值设定速度档。右手按键用来实现速度控制与位置控制的切换，速度控制完毕后，按下右手按键，然后复位右手操纵杆，再次按下右手按键，开始实施对机械臂末端的位置控制，以右手操纵杆在X、Y方向与腕力传感器挤压产生的力作为输入控制机械臂末端在X-Y平面内的位移，以操纵杆顺逆时针旋转对腕力传感器作用产生的力矩值控制机械臂末端在垂直方向上的升降距离；左手操纵杆用来实现机械臂手爪的俯仰、旋转与偏转，左手操纵杆的X方向对应于机械臂手爪的俯仰，Y方向对应于手爪的旋转，以杆方向为基轴的旋转自由度对应于机械臂手爪的偏转，用左手按键来切换其速度控制和位置控制，原理同上。