[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

说明书

本发明涉及主从式遥操作双边控制技术领域，公开了一种基于皮肤刺激的用于遥操作系统的力反馈装置，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，所述阵列电极系包括N个贴在操作者手腕的电极片，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1≤k≤N，Q₁＝1。本发明实现了操作者的力觉感知以及对从机械手的位置信息跟踪，从而实现主从机械手力、位置协同一致的目的，避免了操作者在本地操作过程中对远端操作对象的损坏。

技术领域

本发明涉及主从式遥操作双边控制技术领域，尤其涉及一种基于皮肤刺激的用于遥操作系统的力反馈装置。

背景技术

遥操作系统在太空、深海、核辐射区域操作、远程医疗等危险区域或者人类难以到达的场合有重要的应用。双边遥操作系统实现主、从机械手力位移的协同一致同步，避免了操作中由于位置控制精度不准造成操作对象损坏或者滑落的问题。双边遥操作系统结合人类的智慧以及机器人的能力，大大提高了操作效率及作业任务。由于人工智能及机器学习还未达到和人类智慧相提并论的层次，完全自主式机器人或者机械手的操作存在一定的局限性，有人参与主从式机器人或者机械手遥操作系统具有一定的应用场景。在该系统中，主机械手将位置信号传送至从机械手作位置跟踪，同时从机械手与操作对象的作用力传送至本地主机械手作力跟踪，达到主从机械手力、位移协同一致同步的目的，使操作者在本地操作远端从机械手的同时能够感知远端从机械手的操作力。

在主从式遥操作系统中，主机械手作为力反馈装置实现力反馈过程，一般包括气动、液动、电动等驱动方法，通过调节位置来调整操作者对主机械手端的力信息，达到操作者在主机械手端施加力与远端从机械手力的一种平衡相等目的。操作者作用于力反馈装置上，当触觉力信号大于标准力信号时，力反馈装置产生触觉力同方向上的形变以释放接触力信号，反之则产生触觉力反方向上的形变挤压操作者的手指以增大接触力信号。气动、液动方式由于其驱动源的携带与安装，使操作具有一定的复杂性，在操作手上佩戴力反馈装置，时间太长容易操作疲劳，减少操作中的沉浸感，降低了操作效率。而电驱动方式一般通过电机产生驱动力，存在着触觉力测量受限的问题，并且触觉力传感器价格昂贵，如果操作者施加力没有被触觉力传感器测量或者在低速运动或者静止状态，容易造成电机损坏。

发明专利(专利号：106808461 B)公开了一种磁流变力反馈式数据手套及应用其实现远程操作的方法，该数据手套的机械部分包括支架、设置在支架前方的四个四指连杆组和一个拇指连杆组、设置在支架顶部的磁流变阻尼器，角度传感器安装在四根连杆和拇指连杆组的关节测量关节角度，通过磁流变阻尼器驱动四指连杆机构构成驱动力的来源。该发明使操作者能够真实融入到操作过程中，具有较好的操作临场感，然而，此数据手套结构复杂，没有考虑关节摩擦，设计的数据手套中的支架与连杆结构限制了操作者的自由，由于数据手套的重量影响了沉浸感，容易产生操作疲劳的问题。

发明内容

为了解决力反馈装置在操作过程中控制精度不高以及操作过程中操作者容易疲劳的问题，本发明提供了一种基于皮肤刺激的用于遥操作系统的力反馈装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：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，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；