[发明专利]一种水下机械臂操控用命令输入装置及操控方法

说明书

本发明涉及一种水下机械臂操控用命令输入装置及操控方法，按模块划分，包括信号处理器、胸前传感模块、大臂传感模块、小臂传感模块、末端传感模块及连接总线；胸前传感模块、大臂传感模块、小臂传感模块及末端传感模块的组成结构相同，分别用于测量模块在空间中的姿态，并依次通过连接总线相连接，胸前传感模块另一端通过连接总线与信号处理器连接；各传感模块的结构均包括安装载体，所述安装载体上设置有微电子式姿态传感器及接口适配器。本发明利用姿态传感器感知肢体或操纵机构的位置、姿态，将其转换为水下机械臂的操控意图，使操作人员可以在直角坐标系内操控水下机械臂末端执行器的运动位置及姿态。大幅提升水下机械臂操作人员的工作效率。

技术领域

本发明涉及机械臂操控的人机交互设备技术领域，尤其是一种水下机械臂操控用命令输入装置及操控方法。

背景技术

载人潜水器或缆控机器人(ROV)是探索深海和进行水下调查、施工或水下维修的重要平台。在这些平台上，一般都装备了水下机械臂，并经由机械臂对深海目标物进行取样、施工或维护操作等。为了具备较大的载荷能力，目前商业化的水下机械臂一般都由液压系统驱动，并且大多数不具备关联角度传感器，因此，很难对这些机械臂实施在工业机器人中广泛应用的自动控制技术。

现有技术中，水下机械臂操控形式主要有两种：一种是由位于水面母船上的经验丰富的作业操作员进行远程遥控。在机械臂作业现场布置水下光学视频系统，操作员根据视频内容规划机械臂的运动轨迹及任务动作，然后，通过关节操纵器(控制盒)对各个关节分别进行运动控制；另一种是主从式机械手，它在操控盒上设计一个与实际机械臂等比相似或接近于等比相似的被动式机械臂，并在其上布置转角传感器；然后，将转角或者转角变化作为关节控制命令传递给作业现场的机械臂，控制机械臂的转角运动。

上述两种操控形式，都需要作业操作员将机械臂末端执行器的期望位置及姿态，人工转换成机械臂的关节运动参数，这需要很丰富的作业经验，对操作员提出了很高的要求。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种水下机械臂操控用命令输入装置及操控方法，可以将操作员对末端执行器的运动意图转换成机械臂关节的运动指令。

本发明所采用的技术方案如下：

一种水下机械臂操控用命令输入装置，所述命令输入装置按模块划分，包括信号处理器、胸前传感模块、大臂传感模块、小臂传感模块、末端传感模块及连接总线；所述胸前传感模块、大臂传感模块、小臂传感模块及末端传感模块的组成结构相同，分别用于测量模块在空间中的姿态，并依次通过连接总线相连接，胸前传感模块另一端通过连接总线与信号处理器连接；各传感模块的结构均包括安装载体，所述安装载体上设置有微电子式姿态传感器及接口适配器。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述安装载体用于安装布置姿态传感器，所述接口适配器则将姿态传感器的输出信号或端到端协议转换成便于在连接总线上传输的总线协议；所述信号处理器为带有总线接口的微处理器，它从连接总线上收到各传感模块发来的姿态数据，对这些姿态数据进行融合分析，得到末端传感模块相对于胸前的位置及姿态，即为操作同期望的机械臂末端执行器的位置与姿态。

所述末端传感模块与信号处理器集成在一起形成握件，所述握件上布置输入激活按钮及激活指示灯；所述激活按钮将其输出信号接到信号处理器用于切换机械臂操控输入装置是否处于激活状态；信号处理器则将当前是否处于激活状态输出到激活指示灯上，让操作直观得到系统是否激活的信息。

握件上还设有操纵模式选择按钮，操纵模式选择按钮将其输出信号连接到信号处理器，用于切换机械臂操控输入装置的操纵模式。

握件上还设有接受信号处理器所发出的操纵模式信号的模式指示灯。

所述命令输入装置具备桌面式布置结构和穿戴式布置结构。