[發明專利]一種帶有距離傳感器的遙操作雙邊控制模擬裝置

有效

• 申請號: 201010176775.6
• 申請日: 2010-05-14
• 公開（公告）號: CN101863028A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 孫富春;王裕基;劉華平;胡來紅;李永明
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J13/00;B25J19/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

技術領域

本發明涉及一種帶有距離傳感器的遙操作雙邊控制模擬裝置，屬于機器人技術領域。

背景技術

遙操作是通過通信網絡遠程控制操作臂進行作業的技術，主要應用于人類難以到達，或者有毒的工作環境中，比如空間任務、深海作業、核處理、遠程醫療等領域。自20世紀80年代以來，美國、俄羅斯、德國、日本以及中國等紛紛開展了遙操作技術的相關研究。在針對遙操作技術的研究中，很多學者都在努力提高遙操作系統的臨場感，以便提高遙操作性能，使操作者具有身臨其境的感覺。

臨場感包括視覺臨場感和力覺臨場感兩類。具有力覺臨場感的遙操作技術為操作者提供了良好的觸覺接口，可以使操作者真實的感受到遠程操作臂與目標的接觸狀態，極大的提高了操作者對作業現場的掌握程度。具有力覺臨場感的遙操作技術經過幾十年的發展，已經被逐漸地應用于人們難以靠近的高溫、高壓、強輻射、窒息等極限環境。在具有力覺臨場感的遙操作系統中，主端控制從端運動，同時從端將受到的接觸力反饋給主端，形成了主、從端之間相互控制的現象，這種控制方式稱為雙邊控制。

對于傳統的雙邊控制系統，只有從端操作臂接觸到遠程作業環境時，作業環境才會對從端操作臂產生接觸力，并最終由主端操作臂將該力反饋給操作者。而遙操作系統中一般存在雙向時延，當操作者感受到從端的接觸力并發出正確的操作指令，等該指令到達從端操作臂時，從端操作臂可能已經與作業環境發生了嚴重碰撞。為了克服時延帶來的這些問題，可以將從端操作臂與目標之間的距離作為參考量，將其變換成主端操作臂的反饋力，當從端操作臂遠離目標時，反饋力很小，甚至為零；當從端操作臂靠近目標時，反饋力逐漸增大；當從端操作臂接觸到作業環境時，主端產生很大的反饋力。

另外，對于復雜的遙操作任務，很難用一個操作臂完成作業任務，常常需要兩個操作臂進行協同作業。對于這種兩臂協同作業的模式，可以采用結構、大小、重量等不同的兩個操作臂，其中一個操作臂作為主操作臂，另一個作為輔助操作臂；也可以采用兩個完全相同的操作臂，兩臂之間沒有主、次之分，相互協作完成等量的作業任務。

現有的雙邊控制實驗裝置都直接反饋從端操作臂遇到的接觸力，由于雙邊控制系統的主、從端之間一般具有傳輸時延，因此操作者感受到的力反饋是滯后的，容易引起從端操作臂與環境的嚴重碰撞。

現有的雙邊控制實驗裝置一般都是由兩個操作臂組成的，其中一個作為主端操作臂，另一個作為從端操作臂，這種只有兩個操作臂的雙邊控制系統無法驗證雙臂協調作業的實驗。

發明內容

本發明的目的是提出一種帶有距離傳感器的遙操作雙邊控制模擬裝置，改變已有雙邊控制裝置的結構，在從端操作臂上安裝距離傳感器，并采用雙臂協調控制技術，克服現有雙邊控制裝置存在的不足，以用于雙邊控制理論的實驗驗證，可以作為高等院校和科研院所的教學、科研器材。

本發明提出的帶有距離傳感器的遙操作雙邊控制模擬裝置，包括基座、四組轉動機構、第一主端操作臂、第二主端操作臂、第一從端操作臂、第二從端操作臂和兩個距離傳感器；所述的四組轉動機構中的兩組通過電機支架固定在基座的一側，四組轉動機構中的另兩組通過電機支架固定在基座的另一側，每組轉動機構由編碼器、力矩電機和連接件組成，編碼器與力矩電機相對固定，連接件的一端與力矩電機聯動；第一主端操作臂和第二主端操作臂分別固定在所述的基座一側兩組轉動機構中的連接件的另一端，第一從端操作臂和第二從端操作臂分別固定在所述的基座另一側兩組轉動機構中的連接件的另一端；所述的兩個距離傳感器分別固定在第一從端操作臂和第二從端操作臂上。

本發明提出的帶有距離傳感器的遙操作雙邊控制模擬裝置，有兩個優點：首先本發明的遙操作雙邊控制模擬裝置中采用距離傳感器后，可以實時檢測從端操作臂與目標的距離，以該距離的遠近作為反饋力的依據，可以有效克服時延對雙邊控制系統帶來的影響。其次，本發明的遙操作雙邊控制模擬裝置具有四個獨立的單自由度操作臂，其中兩個為主端操作臂，另外兩個為從端操作臂，每個主端操作臂控制對應的從端操作臂運動，可以進行雙臂協調雙邊控制實驗。

附圖說明

圖1為本發明提出的帶有距離傳感器的遙操作雙邊控制模擬裝置的結構示意圖。

圖1中，1是基座，2是電機支架，3是力矩電機，4是編碼器，5是連接件，6是第一主端操作臂，7是第二主端操作臂，8是第一從端操作臂，9是第二從端操作臂，10是距離傳感器。

具體實施方式