[發(fā)明專利]一種可穿戴全關(guān)節(jié)雙向力反饋一體化閉環(huán)操控裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710360828.1
• 申請(qǐng)日: 2017-05-19
• 公開（公告）號(hào): CN108942879B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃信林;楊斌;郝長(zhǎng)嶺;楊子健;李慧娟;禹繼芳;張蒙;賈媛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航天時(shí)代電子公司
• 主分類號(hào): B25J9/00
• 分類號(hào): B25J9/00;B25J9/16;B25J13/08
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

本發(fā)明公開了一種可穿戴全關(guān)節(jié)雙向力反饋一體化閉環(huán)操控方案，基于人體各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、轉(zhuǎn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)動(dòng)加速度(人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù))，以及所述人體遙操作端設(shè)備各關(guān)節(jié)的受力信息(關(guān)節(jié)受力特性參數(shù))的綜合考慮，來(lái)完成對(duì)遙操作擬人機(jī)器人的動(dòng)作控制，大幅提高了遙操作擬人機(jī)器人的動(dòng)作精度和實(shí)時(shí)程度，克服了應(yīng)動(dòng)作延遲、以及動(dòng)作延遲造成的機(jī)器人動(dòng)作的遲滯感。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于智能操作技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可穿戴全關(guān)節(jié)雙向力反饋一體化閉環(huán)操控裝置和方法。

背景技術(shù)

遙操作擬人機(jī)器人是眾多機(jī)器人門類中獨(dú)特的一種，該類機(jī)器人采用遙控方式控制遠(yuǎn)程機(jī)器人，使機(jī)器人完成各種要求動(dòng)作，執(zhí)行特定操作。常規(guī)遙控操作采用手持遙控設(shè)備實(shí)現(xiàn)，這種遙控技術(shù)需要操作者經(jīng)過(guò)大量專業(yè)訓(xùn)練，操控靈活性及操控效率較低，可控制動(dòng)作數(shù)目有限，機(jī)器人很難完成與人相似的復(fù)雜動(dòng)作。

為解決上述問(wèn)題，目前多采用可穿戴隨動(dòng)遙操作設(shè)備，該類設(shè)備通過(guò)采集操作端人員關(guān)節(jié)動(dòng)作參數(shù)來(lái)遠(yuǎn)程控制機(jī)器人，使機(jī)器人完成和操作端人員完全一致的動(dòng)作，從而使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際環(huán)境的任務(wù)的精確操作，解決了常見工業(yè)機(jī)器人只能按照規(guī)定動(dòng)作運(yùn)行的缺陷，因此可以遂行復(fù)雜任務(wù)，使其在危險(xiǎn)環(huán)境下完成人類可以完成的同樣任務(wù)，極大延伸了人類的能力范圍。相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)器人技術(shù)，該類機(jī)器人在飛行器在軌服務(wù)、火工品危機(jī)處置、反恐處突等方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

但是，現(xiàn)有可穿戴隨動(dòng)遙操作設(shè)備通常只采集關(guān)節(jié)角度參數(shù)，對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)特性參數(shù)不做采集，造成機(jī)器人動(dòng)作運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)特性較差。另外，操作人員在執(zhí)行抓握、松開等精細(xì)微手部動(dòng)作時(shí)，由于手指關(guān)節(jié)角度參數(shù)變化較小，無(wú)法精確驅(qū)動(dòng)機(jī)器人末端執(zhí)行器，造成較大的動(dòng)作延遲，使得可穿戴隨動(dòng)遙操作設(shè)備無(wú)法執(zhí)行精細(xì)微動(dòng)操作，極大影響了遙操作機(jī)器人的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可穿戴全關(guān)節(jié)雙向力反饋一體化閉環(huán)操控裝置和方法，通過(guò)對(duì)操作人員關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù)以及受力狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)及末端執(zhí)行器完成精確動(dòng)作，同時(shí)對(duì)機(jī)器人端關(guān)節(jié)受力狀態(tài)進(jìn)行采集并反饋到操作端，使操作人員精確感知機(jī)器人關(guān)節(jié)受力狀態(tài)，達(dá)到“人→機(jī)器人”和“機(jī)器人→人”的雙向力反饋閉環(huán)控制。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開了一種可穿戴全關(guān)節(jié)雙向力反饋一體化閉環(huán)操控裝置，包括：人體遙操作端設(shè)備和遙操作擬人機(jī)器人；

所述人體遙操作端設(shè)備，用于捕捉和采集人體動(dòng)作參數(shù)；將所述人體動(dòng)作參數(shù)映射到所述遙操作擬人機(jī)器人的各對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述遙操作擬人機(jī)器人的動(dòng)作控制；其中，所述人體動(dòng)作參數(shù)包括如下參數(shù)中的至少一種：人體各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、轉(zhuǎn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)動(dòng)加速度，以及所述人體遙操作端設(shè)備各關(guān)節(jié)的受力信息；

所述遙操作擬人機(jī)器人，用于根據(jù)映射到所述遙操作擬人機(jī)器人的各對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)的人體動(dòng)作參數(shù)，執(zhí)行動(dòng)作；以及，捕捉和采集所述遙操作擬人機(jī)器人的各關(guān)節(jié)的受力狀態(tài)，得到執(zhí)行端力覺信息，將所述執(zhí)行端力覺信息反饋至所述人體遙操作端設(shè)備；

所述人體遙操作端設(shè)備，還用于根據(jù)所述執(zhí)行端力覺信息控制所述人體遙操作端設(shè)備各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。

在上述可穿戴全關(guān)節(jié)雙向力反饋一體化閉環(huán)操控裝置中，所述人體遙操作端設(shè)備，包括：設(shè)置在與人體關(guān)節(jié)相匹配位置處的多個(gè)力反饋機(jī)構(gòu)，以及，用于將所述人體動(dòng)作參數(shù)映射到所述遙操作擬人機(jī)器人的各對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)的參數(shù)輸出模塊；

其中，所述力反饋機(jī)構(gòu)，包括：力反饋關(guān)節(jié)、轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器、加速度傳感器和操作端力覺傳感器和抱閘機(jī)構(gòu)；

所述力反饋關(guān)節(jié)與人體關(guān)節(jié)匹配設(shè)置；

所述轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器，用于捕捉和采集人體關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度；

所述加速度傳感器，用于捕捉和采集人體關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)加速度；

所述操作端力覺傳感器，用于捕捉和采集人體遙操作端設(shè)備各關(guān)節(jié)的受力信息；