[发明专利]一种基于旋钮式力反馈手控器及机械臂遥操作控制方法

说明书

技术领域

本发明属于遥操作技术领域，具体来说，涉及一种基于旋钮式力反馈手控器及机械臂遥操作控制方法，可以远程控制机械臂工作。

背景技术

手控器是一种人机交互与位置测量的装置。近年来，先进的手控器加入了力反馈功能，能够提供高度的力觉临场感。这使得手控器在核工业领域，航天领域，海洋探索以及生物医学等领域得到更广泛的应用。手控器按照主从机械手的结构关系，可分为同构式和异构式两种。如果主机械臂与从机械臂具有相同的结构和自由度，当主机械臂运动时，从机械臂按比例做相同的运动，则这种结构称为同构式，否则即称为异构式。同构式机械臂结构简采取关节——关节的驱动方式，因此运动及控制比较容易实现。但同构式手控器比较笨重，体积大，对运动空间要求较高，操作起来不方便。异构式机械手设计较为困难，其主从臂的结构及运动对应关系不明确，操作者的力觉临场感效果并不好。使用异构式手控器操作时不仅需要复杂的算法实现远端机器臂与本地手控器之间的运动映射，而且由于手控器各关节间摩擦和运动和力耦合度很高，使得操作起来复杂且精度不高。此外，两类手控器都需要将人手固定在一个相对复杂的装置上，当装置控制故障时人手不易迅速脱离而容易受到伤害。

发明内容

技术问题：本发明实施例提供一种基于旋钮式力反馈手控器及机械臂遥操作控制方法，该方法简单且能精确控制机械臂在复杂环境下作业。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明实施例采用如下的技术方案：

一种基于旋钮式力反馈手控器，所述的手控器包括底板、扭矩传感器、外壳、传感器法兰、距离套、编码器、电机座板、电机、设有精粗调开关的开关旋钮，外壳和底板固定连接，形成密闭空间；距离套固定连接在电机座板和传感器法兰之间，电机座板和传感器法兰之间形成安装空间，扭矩传感器固定连接在传感器法兰的底面，编码器位于安装空间中，且编码器的壳体固定连接在电机座板的底面，电机固定连接在电机座板的顶面，且电机输出轴的一端穿过电机座板，与编码器的码盘固定连接；开关旋钮位于外壳的外侧，且开关旋钮的旋钮与电机输出轴的另一端连接。

一种基于旋钮式力反馈手控器的机械臂遥操作控制方法，该控制方法包括：

步骤10)：对电机设置初始电流，使电机产生力矩，消除开关旋钮粘滞现象；

步骤20)：控制开关旋钮上的精粗调开关，选择粗调模式或精调模式；

步骤30)：安装在机械臂端的传感器判断机械臂是否发生碰撞，如果没有发生碰撞，人工拧动开关旋钮，实现对机械臂的控制；如果机械臂发生碰撞，则利用手控器实现力反馈。

作为一种优选：所述的步骤20)中，采用手动控制或者自动控制精粗调开关；当采用自动控制精粗调开关时，当机械臂末端与目标位置距离小于机械臂末端与目标点最小安全距离，且开关旋钮仍处于粗调模式时，自动切换至精调模式。

作为一种优选：所述的步骤20)中：粗调模式是指：当从机械臂末端离目标点或者障碍物距离大于或等于机械臂末端与目标点或障碍物最小安全距离时，开关旋钮默认处于粗调模式；扭动开关旋钮，手控器端的微处理器将采集到的编码器发出的脉冲数N，传给机械臂端的微处理器，机械臂端的微处理器根据脉冲数控制机械臂端的电机运动；同时，控制精粗调开关处于打开状态。

作为一种优选：所述的步骤20)中：精调模式是指：手控器端的微处理器将采集到的编码器发出的脉冲数N除以比例系数M，且M>1，得到缩小的脉冲数；手控器端的微处理器将缩小的脉冲数传给机械臂端的微处理器，机械臂端的微处理器根据缩小的脉冲数控制机械臂端的电机运动；同时，控制精粗调开关处于关闭状态。

作为一种优选：所述的步骤30)中，如果机械臂没有发生碰撞，则进行步骤301)—步骤303)：

步骤301)：拧动开关旋钮，编码器产生脉冲信号；

步骤302)：将编码器脉冲信号输入D触发器，手控器端的微处理器获得转动方向，手控器端的微处理器对脉冲信号、方向信号以及精粗调模式进行处理，获得机械臂转动的角度信息；

步骤303)：手控器端的微处理器将角度信息发送至机械臂端的微处理器，由机械臂端的微处理器控制机械臂运动。

作为一种优选：所述的角度信息包括角度大小和角度方向。

作为一种优选：所述的步骤30)中，如果机械臂发生碰撞，则进行步骤401)—步骤403)：

步骤401)：手控器端的微处理器根据机械臂端的传感器反馈的碰撞力矩大小，重新设定电机的输入电流；