[发明专利]一种基于磁强计的机器人遥操作装置及方法

说明书

一种基于磁强计的机器人遥操作装置及方法，通过空间磁场发生器产生立体空间的非均匀磁场，遥操作末端感知器可以感知其在空间非均匀磁场三个方向上的磁场分量，然后通过对三个方向的磁场分量进行计算推导得到末端感知器在空间非均匀磁场的位置和姿态，并将该位置姿态作为遥操作机器人的目标位姿，结合遥操作机器人当前的位姿，根据机器人的构型和运动反解给出遥操作机器人各个关节的运动轨迹规划，并将各关节的运动量信息发给执行机械臂的控制系统实现机器人的遥操作，用于控制遥操作机器人按照需要的轨迹进行运动。

技术领域

本发明属于机器人遥操作技术领域，涉及一种基于磁强计的机器人遥操作装置及方法，该方法通过磁强计作为末端检测方法，通过该方法可以检测出机器人末端需要达到的位置和姿态。然后用该姿态作为机器人末端的目标位置进行运动。该方法可以用于同构机器人的遥操作系统。

背景技术

关于机器人遥操作方法，有多种形式，比如专利(CN201410016585.6)提出了一种空间机器人遥操作方法，采用三维图形仿真验证、执行能力验证双验证方法保证空间遥操作指令安全性；采用预测仿真驱动三维模型为操作者提供实时视觉信息，采用双边控制技术为操作人员提供力觉信息，该方法的计算量大，操作实时性差，并且对控制器的要求较高。另外专利(CN201210304630.9)一种遥操作机器人力反馈控制系统及控制方法，该发明控制系统能间接提取遥操作机器人系统的负载力，实现准确实时的力反馈，该方法操作不直观，很难了解当前的操作状态。但是从目前来开，还没有采用基于磁强计的检测方法来实现机器人遥操作。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于磁强计的机器人遥操作装置及方法，解决了遥操作机器人末端位置感知和计算，并将感知的位姿作为遥操作机器人执行机器人的目标位置进行机器人的控制，实现机器人的遥操作。

本发明的技术方案是：一种基于磁强计的机器人遥操作装置，包括空间磁场发生器、基于磁强计和动态倾角仪的遥操作末端感知器、执行机械臂；空间磁场发生器包括左矩形线圈组和右矩形线圈组，以及上述两组线圈产生的非均匀磁场；遥操作末端感知器包括三轴磁强计和二维动态倾角仪，其中三轴磁强计敏感正交三个方向磁场的大小，二维动态倾角仪检测整个末端感知器相对于水平面的方位角和俯仰角；执行机械臂用于进行任务执行的机械臂系统；遥操作末端感知器置于空间磁场发生器的产生的非均匀磁场范围内并按需要进行移动位置和变化姿态，末端感知器时刻检测当前位置的三个垂直方向的磁场强度，给出末端感知器在非均匀磁场中的位置和姿态，将该位置和姿态作为执行机械臂的目标位置用来驱动执行机械臂进行运动达到需要的位置和姿态。

一种基于磁强计的机器人遥操作方法，步骤如下：

1)通过精密测量对该磁场与空间位置关系进行精确标定，得到磁场矢量与空间位置的函数关系；磁场矢量空间坐标系中任意位置的磁场由磁场总强度F、水平分量H、磁倾角I、磁偏角D表示；其中磁倾角I表示水平面和磁场向量F之间的夹角，在水平面以下为负，磁偏角D表示磁场向量在水平面的投影与正向的夹角，磁北极向为正；

2)通过三轴磁强计的三个探头分别敏感得到三个探头方向上的磁场强度大小Mcx，Mcy和Mcz；

3)建立如下坐标系：

31)建立磁场矢量空间坐标系OdXdYdZd，其Xd轴方向为北，Yd轴方向为东，Zd轴方向为天；