[发明专利]一种基于皮肤刺激的用于遥操作系统的力反馈装置

权利要求书

1.一种基于皮肤刺激的用于遥操作系统的力反馈装置，所述遥操作系统包括从机械手，其特征在于：包括获取模块、主手控制器、通讯模块、从手控制器、信号处理模块、阵列电极系，

所述获取模块用于获取操作者的手臂位置及姿态的三维坐标信息并以图像格式将所述三维坐标信息传输至主手控制器；

所述主手控制器用于接收获取模块发送的三维坐标信息、通过所述三维坐标信息计算得出主手遥控力信息、将所述主手遥控力信息发送至通讯模块及接收由通讯模块发送的从手反馈力信息、将所述从手反馈力信息转换成N路二进制信号并发送至信号处理模块；

所述通讯模块用于接收主手控制器发送的主手遥控力信息、将所述主手遥控力信息发送至从手控制器及接收从手控制器发送的从手反馈力信息、将所述从手反馈力信息发送至主手控制器；

所述从手控制器用于接收通讯模块发送的主手遥控力信息、将所述主手遥控力信息发送至从机械手用作位置跟踪及采集从机械手的触觉力、将所述触觉力形成从手反馈力信息发送至通讯模块；

所述信号处理模块用于接收由主手控制器发送的N路二进制信号、将N路二进制信号转换成N路电极信号、将N路电极信号发送至阵列电极系；

所述阵列电极系包括N个贴在操作者手腕的电极片，N为正整数，N个电极片分为若干列排布，每列的电极片均自下而上等间距排布且所有列位于最下方的电极片平齐设置，其中第k列的电极片数量为Q_k，满足如下关系：Q_k＝Q_k-1+1，其中k为正整数且1≤k≤N，Q₁＝1，每个电极片承受相同的触觉力，每个电极片接收信号处理模块发送的其中一路电极信号并作用于操作者手腕上；

所述获取模块包括标签和双目视觉摄像机，所述标签贴于操作者的大臂、小臂、拇指及食指位置，标签内含有尺寸长度、宽度、颜色信息；所述双目视觉摄像机通过拍摄贴于操作者上的标签获取操作者的手臂位置及姿态的三维坐标信息并以图像格式将所述三维坐标信息传输至主手控制器；

所述从机械手为二指机械手，从机械手上各关节由电机驱动，各关节连接处安装有角度传感器，从机械手末端安装有触觉力传感器；

操作者的主手位置信号为x_m，所述从机械手的从手位置信号为x_s，满足以下关系，

e_s＝x_m-x_s

其中，u_s为经从手控制器PID计算得到的控制器调节量；k_p为比例系数；k_i为积分系数；k_d为微分系数；k_p、k_i、k_d初始值设定k_p＝k_i＝k_d＝0.01；

所述信号处理模块包括D/A转换网络和N个信号调理单元，所述D/A转换网络用于接收主手控制器发送的N路二进制信号、将N路二进制信号转换成N路模拟电压信号、将模拟电压信号发送至信号调理单元，每个信号调理单元包括信号放大电路和信号滤波电路并接收其中一路模拟电压信号，所述信号放大电路包括差压信号放大器，信号放大电路用于对模拟电压信号进行放大，所述信号滤波电路包括RC滤波电路，信号滤波电路用于对放大后的模拟电压信号进行滤波。

2.根据权利要求1所述的一种基于皮肤刺激的用于遥操作系统的力反馈装置，其特征在于：所述主手控制器选用STM32F407ZGT6芯片，所述从手控制器选用STM32F407ZGT6芯片。

3.根据权利要求1所述的一种基于皮肤刺激的用于遥操作系统的力反馈装置，其特征在于：所述通讯模块选用RTL8019AS芯片。

4.根据权利要求1所述的一种基于皮肤刺激的用于遥操作系统的力反馈装置，其特征在于：还包括与主手控制器连接的主电源模块和与从手控制器连接的从电源模块，所述主电源模块选用LM317芯片或TPS76950芯片或TPS76933，所述从电源模块选用TPS76950芯片或TPS76933芯片。

5.根据权利要求1所述的一种基于皮肤刺激的用于遥操作系统的力反馈装置，其特征在于：还包括显示模块，所述显示模块选用型号为SDWe070C06的液晶屏。