[發明專利]基于電流強度檢測的力感知小型機器人系統及其遙操作方法

有效

• 申請號: 201310259921.5
• 申請日: 2013-06-26
• 公開（公告）號: CN103323151A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 宋愛國;張立云
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01L1/12
• 分類號: G01L1/12;G08C17/02;G05D1/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

技術領域

本發明涉及一種力感知小型機器人系統及其遙操作控制方法，具體涉及一種基于電流強度檢測的力感知小型機器人系統及其遙操作控制方法，屬于移動機器人的人機交互技術和力感知遙操作技術領域。

背景技術

近年來國際恐怖襲擊事件呈明顯上升趨勢，有相當一部分恐怖組織具備實施核生化恐怖襲擊的能力，給人類社會造成了巨大危害和惡劣影響。我國是一個核工業大國和化學工業大國，正面臨著核危害、化學危害和各類災難事故核生化次生危害的嚴峻挑戰，研究開發一種操作靈活的環境偵查機器人是非常必要的。

小型環境偵查遙操作機器人在未知的核生化復雜環境下工作，以遙操作的方法控制機器人是必然選擇。然而，傳統的遙操作方法只能單純的實現對機器人行進和轉向的控制，但不能感知機器人行進過程中所處的地形，使操作人員不能有效選擇路面，控制效率低，遇到復雜路面，甚至導致機器人不能順利前進。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種感知機器人行進過程中所處地形，使操作人員有效選擇路面的基于電流強度檢測的力感知小型機器人系統。

同時，本發明還提供了一種基于電流強度檢測的力感知小型機器人遙操作方法。

技術方案：本發明所述的基于電流強度檢測的力感知小型機器人系統，包括移動機器人車體，所述移動機器人車體包括兩個驅動輪、兩個隨動輪和兩個分別與所述驅動輪連接的驅動電機，還包括力感知操作器和兩個霍爾電流傳感器，兩個霍爾電流傳感器分別連接于所述驅動電機的電流輸入端，用于實時測量驅動電流大小；所述力感知操作器與所述移動機器人車體無線通信，接收所述移動機器人車體傳送的電流信息并進行處理，以震動的形式將反饋信息直接作用于操作人員手部。兩個驅動輪可為前或后輪、兩個隨動輪則為后輪或前輪。

為了使操作人員更清晰的感知機器人受阻的方向，所述力感知操作器設置三個切換按扭，分別為左驅動輪受力感知選擇按鈕、右驅動輪受力感知選擇按鈕和左右驅動輪受力疊加感知選擇按鈕。

同時，本發明提供的另一技術方案為：基于電流強度檢測的力感知小型機器人遙操作方法，按如下步驟進行：

Ⅰ、霍爾電流傳感器實時測量左右兩個驅動電機的驅動電流的大小，并將所述驅動電流轉化為電壓輸出，機器人行進時，電壓輸出為：U=P·I-U₀，其中，P為驅動電流和輸出電壓的比例系數；I為霍爾電流傳感器的電流；U₀為機器人在平坦地面暫停時霍爾電流傳感器的電壓輸出；

Ⅱ、力感知操作器無線接收左右兩個霍爾電流傳感器的輸出電壓，并將電壓轉化為震動強度，震動強度為F=K·U，其中，K為調節比例系數，U為步驟Ⅰ中輸出的電壓；

Ⅲ、力感知操作器以震動的形式將方向和強度信息直接作用于操作人員的手部，操作人員判斷機器人行進過程中受到的阻尼力的方向和大小，控制機器人前、后、左、右運動。

為了使操作人員更清晰的感知機器人受阻的方向，及時調整控制策略，步驟Ⅲ中，操作人員通過選擇按鍵選擇力感知操作器的感知模式，所述感知模式分為三種，

第一種為左驅動輪受力感知模式，即力感知操作器傳送的震動強度表示左驅動輪受阻尼力的情況，震動強度為F_L=K·U_L，其中K為調節比例系數，U_L為左霍爾電流傳感器的電壓輸出；

第二種為右驅動輪受力感知模式，即力感知操作器傳送的震動強度表示右驅動輪受阻尼力的情況，震動強度為F_R=K·U_R，其中K為調節比例系數，UR為右霍爾電流傳感器的電壓輸出；

第三種為左右驅動輪受力感知模式，即力感知操作器傳送的震動強度表示左、右驅動輪受阻尼力的情況，震動強度為F_J=K(U_L+U_R)，其中K為調節比例系數，U_L為左霍爾電流傳感器的電壓輸出，U_R為右霍爾電流傳感器的電壓輸出。

本發明技術方案依據的原理為：驅動電流的大小與地形的復雜程度有著直接的關系，即地形越復雜機器人行進越困難，因而驅動電流越大、霍爾電流傳感的電壓輸出越大。

上述技術方案中，移動機器人車體與力感知操作器之間的數據傳遞的技術方案、力感知操作器發送控制指令控制移動機器人車體的前、后、左、右運動的技術方案均為現有技術，在此申請文件中，不再贅述。