[發明專利]遙操作平面冗余度機械臂指令輸入及構型控制系統及方法

無效

• 申請號: 200810040450.8
• 申請日: 2008-07-10
• 公開（公告）號: CN101327589A
• 公開（公告）日: 2008-12-24
• 發明（設計）人: 張偉軍;袁建軍;徐琰;李建華;李強
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B25J9/18
• 分類號: B25J9/18
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

1.一種遙操作平面冗余度機械臂指令輸入及構型控制系統，其特征在于：由冗余度機械臂控制臺、冗余度機械臂上位控制器、上位機無線數據模塊、下位機無線數據模塊、冗余度機械臂下位機控制器以及冗余度機械臂組成，其中：

所述冗余度機械臂控制臺提供人機交互，負責接收操作員的指令并顯示機械臂當前位置、限位、報警狀態信息，該冗余度機械臂控制臺上設有模式選擇開關、單軸指令輸入開關組、構型指令輸入開關組、單軸速度輸入旋鈕、末端指令輸入操縱桿、指示燈和液晶顯示模塊，通過模式選擇開關選擇機械臂的單軸運動模式、末端運動模式和構型調整模式中一種控制模式；

所述冗余度機械臂上位控制器安裝在冗余度機械臂控制臺上，和冗余度機械臂控制臺通過控制電路連接，冗余度機械臂上位控制器通過串行通訊接口與上位機無線數據模塊連接與通訊，將編碼的控制命令發送到與遠端的下位機無線數據模塊，并同時獲取遠端機械臂的狀態信息；

所述無線數據模塊提供冗余度機械臂上位控制器和冗余度機械臂下位機控制器之間的通訊功能，由工作在同一工作頻率的上位機無線數據模塊和下位機無線數據模塊組成，其間的距離為100米，上位機、下位機無線數據模塊和冗余度機械臂上、下位控制器之間均通過串行通訊接口交換數據；

所述冗余度機械臂下位機控制器安裝在冗余度機械臂上，接收冗余度機械臂上位控制器對冗余度機械臂各關節軸的運動指令，并輸出到冗余度機械臂的各關節電機上，同時將冗余度機械臂的位置、速度、限位和報警狀態信息發送給下位機無線數據模塊。

2.根據權利要求1所述的遙操作平面冗余度機械臂指令輸入及構型控制系統，其特征是，在所述單軸運動模式下，單軸指令輸入開關組和單軸速度輸入旋鈕的輸入有效，單軸指令輸入開關組控制機械臂每個電機的正反轉，單軸速度輸入旋鈕表示軸電機的運動速度，單軸運動指令由單軸指令輸入開關組和單軸速度輸入旋鈕組合實現。

3.根據權利要求1所述的遙操作平面冗余度機械臂指令輸入及構型控制系統，其特征是，在所述末端運動模式下，末端指令輸入操縱桿和構型指令輸入?開關組有效，末端指令輸入操縱桿直接控制機械臂末端在平面內的運動速度，末端指令輸入操縱桿為三維操縱桿，內部包含三個獨立的電位計，可輸入三個軸的速度指令；構型指令輸入開關組包括1-3個冗余軸選擇波段開關，對應于平面冗余度為1到3的情況，在此模式下構型指令輸入開關組所選擇的軸表示該軸電機鎖定。

4.根據權利要求1所述的遙操作平面冗余度機械臂指令輸入及構型控制系統，其特征是，在所述構型調整模式下，末端指令輸入操縱桿和構型指令輸入開關組有效，由構型指令輸入開關組選擇要調整的關節軸，此時末端指令輸入操縱桿的三個電位計的輸入表示由構型指令輸入開關組設定的關節軸的運動速度，從而實現機械臂末端位置和姿態均保持不變的情況下，通過輸入冗余關節的運動，調整機械臂各關節之間的相對位置關系。

5.根據權利要求1所述的遙操作平面冗余度機械臂指令輸入及構型控制系統，其特征是，所述的冗余度機械臂上位控制器，主要由數字量輸入接口、濾波電路、模擬量輸入接口、數字量輸出擴展模塊、數字量輸出接口、主控芯片、數據存儲模塊和串行通訊接口組成，其中：主控芯片通過通用I/O端口與數字量輸入接口、數字量輸出擴展模塊連接，數字量輸入接口用于接入模式選擇開關、單軸指令輸入開關組以及構型指令輸入開關組的開、合指令輸入；數字量輸出擴展模塊用于擴展輸出端口，經數字量輸出接口完成光電隔離、電平轉換后與液晶顯示模塊以及指示燈連接；主控芯片通過A/D端口和模擬量輸入接口連接，經濾波電路后采集冗余度機械臂控制臺的單軸速度輸入旋鈕和末端指令輸入操縱桿輸入的電壓量；主控芯片通過I2C總線與數據存儲模塊連接，數據存儲模塊用于存儲上位機命令解析程序、機械臂系統的工作參數、遠程通訊地址和通訊協議，其存儲的數據掉電不丟失。