[實用新型]一種基于力/觸覺引導的遙操縱手控器

有效

• 申請號: 201520675455.3
• 申請日: 2015-09-02
• 公開（公告）號: CN205184791U
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發明（設計）人: 倪濤;鄭幻飛;陳相顯;趙苗苗;王麗娜;朱厚文
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B25J13/08
• 分類號: B25J13/08
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王薇

技術領域

本實用新型涉及一種基于力/觸覺引導的遙操縱手控器，屬于機器人人機交互領域，特別涉及一種基于力/觸覺引導功能的遙操縱手控器裝置。

背景技術

機器人對于高溫、高壓、強輻射等極限環境下作業任務的完成發揮了愈來愈重要的作用。機器人正朝著智能化的方向發展，然而由于受控制、傳感及人工智能等發展水平的制約，研制出在變化環境下的全自主機器人是短期內難以達到的目標。操控終端，簡稱手控器，是操作者和機器人之間進行人機交互的橋梁，必須有較高的操控效率和實時性。

機器人常用的雙向伺服控制策略，無論是力/位置混合控制、阻抗控制、自適應力控制等，主要研究的是如何高保真地“再現與感知”機器人的作業反力；而對機器人自由運動時，即未與環境發生接觸，如何通過力感來引導操作者的操縱行為未做探討。

“Marr深度重建”視覺理論框架的提出，為立體視覺的發展做了鋪墊。在此基礎上，各種機器人視覺控制方法紛紛涌現，并在實踐中獲得了諸多成功的應用。視覺伺服無疑大大增強了機器人局部自主操作的智能化程度；然而，視覺伺服作業任務成功完成的前提是目標對象圖像特性已知。這在大多數情況下，尤其是深海、太空探險以及災害現場救助等場合，與工作現場環境的不可預知性這一先決條件相悖。因此，這對變化或未知環境下的機器人作業，仍需探索適合的解決方案，以提高機器人控制的適用范圍。

視覺與機器人力控制結合起來的研究有效提高了機器人自主作業的安全性水平。然而無論是混合視覺/力控制策略還是視覺阻抗控制實驗，都僅是力反饋控制在機器人視覺伺服上的應用延伸，其中的反饋力主要用于實現機器人對作業對象或環境的“順從”。視覺與力覺的融合僅作用于現場機器人的閉環控制，由于二者沒有參與到人的智能決策回路中，該控制策略在面對復雜多變的作業任務或未知環境是便顯得無能為力。此外，反饋力的產生依舊是以機器人與作業環境的接觸為前提。

綜合操作者的手動控制和機器人的自主控制的優點，在人、自主控制系統之間進行協調，共同對機器人進行控制，即共享控制。共享控制雖然已經被大量應用于環境不可預知、時延導致的控制信號不可靠等機器人操控場合，但是現有的共享控制方法普遍存在傳感信號多、控制系統復雜等問題，而且無論是自由度分割與融合的共享控制方式（人的手動與機器人的自主分別控制機器人的不同自由度，而非共同控制某個自由度），還是基于視覺共享的任務分解控制方式（人先手動操縱機器人到指定位置，機器人再自主完成作業任務），操作者的智能與機器人的智能在控制回路依舊相對獨立，融合度不高，難以適應復雜的、多變的作業環境。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種基于力/觸覺引導的遙操縱手控器，其在可操作性、準確性、靈活性、安全性等方面克服現有遙操縱手控器的缺陷，提高了機器人的操控效率。本發明是一種具有力/觸覺引導功能的遙操縱手控器的裝置。

本實用新型的技術方案是這樣實現的：一種基于力/觸覺引導的遙操縱手控器，由上平臺機構和下平臺機構組成,上平臺機構主要由X軸方向旋轉運動機構、Y軸方向旋轉運動機構及Z軸方向旋轉運動機構組成，其中實現X、Y方向旋轉的機構并聯組成具有2轉動自由度并聯機構并與Z軸旋轉自由度機構串聯在一起形成具有3轉動自由度的混聯式機構，其特征在于：上平臺機構由手柄、Z方向旋轉軸、六維力傳感器、X方向旋轉軸、X方向齒輪組、Y方向旋轉軸、惰輪軸、X軸電機側支撐架、端蓋、光電開關片、光電開關、X軸電機支座、支撐架、上平臺基板、X軸電機、Z方向齒輪組、Z軸傳動桿、Y軸電機、Y軸電機支座、Y軸電機側支撐架、Y方向齒輪組、角接觸球軸承、Z軸支架、鉸鏈軸、Z軸電機、螺栓、卡簧、銅套組成；

X軸方向旋轉運動機構包括X方向旋轉軸、X方向齒輪組、惰輪軸、X軸電機側支撐架、端蓋、光電開關片、光電開關、X軸電機支座、支撐架、X軸電機及螺栓、卡簧;Y軸方向旋轉運動機構包括Y方向旋轉軸、端蓋、光電開關片、光電開關、Y軸電機、Y軸電機支座、Y軸電機側支撐架、Y方向齒輪組、角接觸球軸承及螺栓、卡簧;Ｘ、Ｙ旋轉機構均固定在上平臺基板上并相互垂直布置，電機運行時，X、Y方向上互不干涉相互獨立運動；