[发明专利]机器人的遥操作系统及遥操作控制方法

说明书

本发明提供一种机器人的遥操作系统，包括：主端交互设备、从端机器人、通信网络和遥操作交互显示计算机；所述主端交互设备包括主端机械臂控制器、主端机械臂和末端操作器；所述从端机器人包括从端机械臂控制器、从端机械臂和末端操作工具；从端机械臂控制器连接并控制末端机械臂，末端机械臂末端安装有末端操作工具；所述主端机械臂与末端机械臂采用同构型的机械臂；所述通信网络用于主端交互设备与从端机器人之间的通信；本发明还提出一种一种机器人的遥操作控制方法，可在关节空间和末端空间两种工作空间中自由拖动主端交互设备运动，从而对从端机械臂进行精确直观的远程遥操作控制，在操作上更直观和方便。

技术领域

本发明涉及机器人的遥操作系统，尤其是一种基于同构型机械臂的机器人的遥操作系统及遥操作控制方法。

背景技术

面向核事故救援、核设施退役、反恐排爆、深海作业、太空探索等极端环境作业的特种机器人目前还无法完成自主控制，现阶段采用的技术是基于人在环路的远程遥操作控制来实现的。机器人遥操作系统通常由主端交互设备、从端机器人及网络通信等部分组成。

目前主端交互设备常用的典型设备有6自由度光学位置跟踪交互系统(OptiTrack、ART等)、6自由度交互球、操纵杆、外骨骼、力反馈器等。上述这些主端交互设备用于机械臂遥操作控制之前，需要先建立工作空间与从端机器人工作空间之间复杂的运动学映射关系，通过末端速度等效或末端位姿增量等效来实现对从端机器人精确控制，缺点在于使用前需要进行复杂的算法编程，并且操作者的遥操作控制不直观方便，操作者在操作过程中需保持精神高度集中，需要明确主端交互设备与从端机器人之间的运动学映射关系，并实时观测从端机器人的运动状态，并且不能通过主端交互设备让从端机器人快速大范围运动，以避免从端机器人超过其关节限位或工作空间，或从端机器人运动到奇异臂型，或与其它物体发生碰撞等情况发生。

发明内容

本发明的目的是在于克服、补充现有技术中存在的不足，提供一种机器人的遥操作系统及遥操作控制方法，操作者在操作之间不必建立复杂的工作空间映射和运动学映射关系，可以对从端机器人每个关节进行精确直观的远程控制，也可以对从端机器人末端进行精确直观的远程控制；基于同构型机械臂作为主端交互设备可进行关节限位与从端机器人相匹配，允许操作者利用主端交互设备的灵活性，可以在安全的隔离距离来远程控制从端机器人。本发明实施例采用的技术方案是：

本发明实施例提出一种机器人的遥操作系统，包括：主端交互设备、从端机器人、通信网络和遥操作交互显示计算机；

所述主端交互设备包括主端机械臂控制器、主端机械臂和末端操作器；主端机械臂控制器连接并控制主端机械臂，主端机械臂末端安装有末端操作器；

所述从端机器人包括从端机械臂控制器、从端机械臂和末端操作工具；从端机械臂控制器连接并控制末端机械臂，末端机械臂末端安装有末端操作工具；

所述主端机械臂与末端机械臂采用同构型的机械臂；

所述通信网络用于主端交互设备与从端机器人之间的通信；主端机械臂控制器与从端机械臂控制器之间通过通信网络进行通信；

所述遥操作交互显示计算机用于人机交互，并且与主端交互设备以及从端机器人进行网络通信，提供给操作者从端机器人运动状态信息，以及主端交互设备的状态信息；

所述主端机械臂上配有关节力矩传感器或关节电流环；

所述从端机械臂控制器用于实现从端机械臂的关节位置控制和末端位置控制；

所述从端机械臂上配有关节力矩传感器或关节电流环。

进一步地，所述主端机械臂上的末端操作器配有操作按钮，用于选择关节空间遥操作模式或末端空间遥操作模式。

进一步地，主端机械臂控制器通过零力控制方式或导纳控制方式，实现主端机械臂在关节空间或末端空间的拖拽功能。