[發明專利]一種基于3D霍爾遙感的遠程交互機械臂系統及實現方法

有效

• 申請號: 201810006435.5
• 申請日: 2018-01-04
• 公開（公告）號: CN108015742B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 魏榕山;杜宇軒;吳志強;張鑫剛
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B25J3/00
• 分類號: B25J3/00;B25J9/16;B25J13/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊;修斯文

1.一種基于3D霍爾遙感的遠程交互機械臂系統，其特征在于：所述機械臂系統包括主控端和受控端；所述主控端包括霍爾遙感機構、遙感控制模塊、第一無線通信模塊；所述受控端包括第二無線通信模塊、機械臂和機械臂控制機構；所述第一無線通信模塊與第二無線通信模塊以無線方式連接；所述霍爾遙感機構包括遙感結構件、3D磁力計和磁體；所述3D磁力計與遙感結構件相鄰并與遙感控制模塊相連；所述磁體固定于遙感結構件的遙感點位置；所述受控端的機械臂處設有與遙感控制模塊連接的舵機；當遙感結構件的遙感點位置發生變化時，遙感控制模塊通過3D磁力計測量遙感點的空間位置變化，并把遙感點的位置變化數據發送至機械臂控制機構，使機械臂在舵機驅動下執行與遙感點運動相匹配的動作；

所述遙感控制模塊把遙感點的位置變化數據分解為X、Y、Z軸方向上的變化量后，把變化量發送至機械臂控制機構；

所述磁體為徑向均勻充磁的NS極均分磁體；所述3D磁力計為能在X、Y、Z軸方向進行霍爾遙感測量的磁力計；所述3D磁力計位于X、Y、Z軸的坐標系原點處；X、Y、Z軸為3D磁力計在霍爾遙感時的三維坐標；

所述機械臂處的舵機設于機械臂的機械關節處，當機械臂控制模塊接收到遙感控制模塊發來的X、Y、Z軸方向上的變化量后，機械臂控制模塊控制舵機驅動機械臂關節，使機械臂按X、Y、Z軸變化量進行動作；

所述機械臂末端設有機械爪；機械臂處設有四個舵機；三個舵機位于機械關節處，一個舵機位于機械爪處；

遙感控制模塊內置DATAZ閾值范圍，所述DATAZ閾值范圍為磁體在3D磁力計上方時的操作閾值；在DATAZ超出閾值時，機械臂執行舵機轉角鎖定作業或機械爪抓取作業；

所述遙感結構件包括轉臺、遙感桿；所述遙感桿的末端固定磁體；遙感桿可滑動地穿置于轉臺處；當遙感桿在轉臺處向下滑移使磁體的DATAZ超出閾值時，機械臂舵機使機械關節的轉角被鎖定，機械爪執行抓取作業；

一種基于3D霍爾遙感的機械臂遠程交互實現方法，以上所述的機械臂系統，其遠程交互的實現方法包括以下步驟；

A1、使遙感結構件上磁體置處于初始位置，使受控端的機械臂上的機械爪位置處于初始位置，使第一無線通信模塊和第二無線通信模塊同步以達到數據收發速率及頻段一致；

A2、驅動遙感結構件使磁體相對3D磁力計運動；

A3、以3D磁力計所在位置為坐標原點，3D磁力計對磁體所在位置進行探測，并把磁體所在位置的X軸坐標換算為三維分量數據DATAX，把磁體所在位置的Y軸坐標換算為三維分量數據DATAY，把磁體所在位置的Z軸坐標換算為三維分量數據DATAZ；并按預設頻率探測磁體所在位置；

A4、遙感控制模塊通過第一無線通信模塊把磁體所在位置發送給受控端；受控端按接收到的三維分量數據驅動機械臂；使機械爪按三維分量數據進行移動。

2.根據權利要求1所述的一種基于3D霍爾遙感的遠程交互機械臂系統，其特征在于：在步驟A4中，三維分量數據DATAX、DATAY、DATAZ用于四個舵機的轉角控制；當DATAZ超出閾值范圍時，機械臂執行舵機轉角鎖定或機械爪抓取。

3.根據權利要求2所述的一種基于3D霍爾遙感的遠程交互機械臂系統，其特征在于：當機械爪執行抓取作業時，按以下步驟進行，

B1、轉動、滑移遙感桿，使機械臂同步移動至待抓取目標處；

B2、遙感桿向下滑移使磁體坐標分量的DATAZ超出閾值范圍，機械臂舵機鎖定機械關節的轉角，機械爪執行抓取作業并獲取目標物；

B3、遙感桿上移使磁體坐標分量的DATAZ回到閾值范圍內，然后遙感桿再次下移使磁體坐標分量的DATAZ超出閾值范圍，由于DATAZ再次超出閾值范圍且機械爪已完成抓取作業，舵機解鎖機械關節；

B4、遙感桿再次上移使磁體坐標分量的DATAZ回到閾值范圍內，機械臂再次隨遙感桿的移動而運動；把抓取的目標物移至存放地。