[发明专利]一种基于虚拟手臂的面向空间站机器人的遥操作系统

权利要求书

1.一种基于虚拟手臂的面向空间站机器人的遥操作系统，其特征在于：包括手臂关节运动测量模块、数据采集模块、数据传输模块和主运算处理模块，所述主运算处理模块包括数据滤波模块、手臂运动解算模块、机器人运动逆解算模块和虚拟场景渲染模块；手臂关节运动测量模块设置在操作者的手臂上，实时采集操作者手臂各关节的四元数，数据采集模块读取该四元数数据并转换为欧拉角，同时通过数据传输模块将欧拉角传输给数据滤波模块，数据滤波模块将接收到的欧拉角数据进行滤波后传送给手臂运动解算模块，手臂运动解算模块根据滤波后的欧拉角和虚拟手臂的尺寸，解算出虚拟手臂的手掌末端在三维空间坐标系中的运动轨迹，机器人运动逆解算模块将虚拟手臂的手掌末端在三维空间坐标系中的运动轨迹映射到空间站遥操作机器人的运动坐标系中，并计算出遥操作机器人的各部位关节角，用于控制空间站遥操作机器人的运动，虚拟场景渲染模块构建虚拟手臂和虚拟遥操作机器人的三维模型场景，并根据手臂运动解算模块、机器人运动逆解算模块输出的数据实施渲染虚拟手臂和虚拟遥操作机器的运动状态。

2.根据权利要求1所述基于虚拟手臂的面向空间站机器人的遥操作系统，其特征在于：所述手臂关节运动测量模块包括3组MEMS传感器，分别设置在操作者手臂的肩关节、肘关节和腕关节处，实时采集这3个关节处的四元数。

3.根据权利要求2所述基于虚拟手臂的面向空间站机器人的遥操作系统，其特征在于：所述数据滤波模块的滤波方法如下：

设U_i(n)＝[x(n),y(n),z(n)]^T为输入数据滤波模块的欧拉角，其中x(n),y(n),z(n)分别为U_i(n)的肩关节、肘关节和腕关节的分量，上标T表示转置，则数据滤波模块输出的欧拉角U_o(n)＝[x′(n),y′(n),z′(n)]^T：

x′(n)=[a1x(n)+a2x(n-1)+...+aNx(n-N)]/Σi=1Nai]]>

y′(n)=[b1y(n)+b2y(n-1)+...+bNy(n-N)]/Σi=1Nbi]]>

z′(n)=[c1z(n)+c2z(n-1)+...+cNz(n-N)]/Σi=1Nci]]>

上式中，x′(n),y′(n),z′(n)分别为U_o(n)的肩关节、肘关节和腕关节的输出分量，a_i、b_i、c_i分别为滤波器系数，n表示当前时刻数据，N表示采样点数。