[發明專利]一種救援機器人的七自由度力反饋手柄及操作方法

在審

• 申請號: 201810443638.0
• 申請日: 2018-05-10
• 公開（公告）號: CN108340388A
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 萬熠;梁西昌;陳濤;侯嘉瑞;孫堯;黃鑫;王繼來
• 申請（專利權）人: 山東大學深圳研究院
• 主分類號: B25J13/02
• 分類號: B25J13/02;B25J9/14;B25J19/00;B25J11/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本發明公開了一種救援機器人的七自由度力反饋手柄及操作方法，它解決了現有技術中操作人員無法感知到觸碰力度，容易對機械臂造成損壞，很難完成特定救援動作的問題，具有通過操作手柄完成對末端軌跡的控制，實現救援機器人工作裝置的半自主操作，具有臨場力反饋功能，給操作人員實時反饋機械臂末端受力情況的效果；其技術方案為：包括操作手柄本體，所述操作手柄本體的內部安裝力反饋裝置，力反饋裝置將力矩實時傳遞至操作手柄本體；當機械臂末端負載超出額定值時，力反饋裝置自鎖；力反饋裝置包括x方向、y方向和z方向的齒輪驅動機構，所述齒輪驅動機構分別連接電位器，通過電位器將信號發送至控制系統。

技術領域

本發明屬于工程機械領域，尤其涉及一種救援機器人的七自由度力反饋手柄及操作方法。

背景技術

中國幅員遼闊，地震、泥石流等自然災害頻發，給人民生命財產安全帶來了巨大損失。復雜的災害現場需要高效、專業的工程救援機械裝備。因此，各種新型救援設備相繼被研發。授權公告號CN 205256501 U中公開了一種應急救援機器人，此應急救援機器人已完成樣機的研制，并經過多次模擬救援現場試驗，實現了挖掘、破碎、剪切、抓裝、裝卸、叉裝、吊裝、整平、高空作業等作業功能。

目前，此機器人的操作方法為人工操作，即對每個關節進行單獨操作，雖然可以完成上述功能，但是對人員的操作水平要求高。當機器人需要實現特定的救援動作時，例如抓起物體以后沿直線路徑運動，由于機械臂具有七個自由度，具有運動學冗余的特點，目前的操作方式很難實現上述運動。

另一方面，當機械抓手觸碰到障礙物時，操作人員無法感知到觸碰力度，容易對受災人員造成二次傷害，也容易對機械臂造成損壞。因而需要改進現有救援機器人的操作方式。而機器人的工作環境惡劣，工況復雜多變，且自身非線性因素多、慣性較大，很難實現全自主操作模式。因此，需要考慮設計一種具有臨場力感反饋的半自主操作方法。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種救援機器人的七自由度力反饋手柄及操作方法，其具有通過操作手柄完成對末端軌跡的控制，實現救援機器人工作裝置的半自主操作，具有臨場力反饋功能，給操作人員實時反饋機械臂末端受力情況的效果。

本發明采用下述技術方案：

一種救援機器人的七自由度力反饋手柄，包括操作手柄本體，所述操作手柄本體的內部安裝力反饋裝置，力反饋裝置將力矩實時傳遞至操作手柄本體；當機械臂末端負載超出額定值時，力反饋裝置自鎖；

所述力反饋裝置包括x方向、y方向和z方向的齒輪驅動機構，所述齒輪驅動機構分別連接電位器，通過電位器將信號發送至控制系統。

進一步的，所述操作手柄本體上部安裝兩個小手柄，所述小手柄具有x方向移動和y方向移動兩個自由度；每個自由度的運動均可通過傳動裝置轉換為旋轉運動，并通過電位器檢測旋轉角度。

進一步的，所述齒輪驅動機構包括力矩電機、傳動齒輪組和傳動軸，所述力矩電機通過傳動齒輪組連接傳動軸，所述傳動軸連接電位器。

進一步的，所述力矩電機為直流力矩電機。

進一步的，所述操作手柄本體后部設有使能開關。

進一步的，所述機械臂的末端安裝三維力傳感器，三維力傳感器將力信號轉換成電信號傳至控制系統。

進一步的，所述齒輪驅動機構均與操作手柄本體內部傳動機構相連。

一種救援機器人的七自由度力反饋手柄的操作方法，包括以下步驟：

步驟(1)機械臂抓取重物后，操作人員旋轉操作手柄本體沿某一方向移動，通過電位器將所述方向的移動轉換為電信號發送給控制系統；

步驟(2)控制系統接收到信號后，將機械臂末端執行器在所述方向的運動轉變為各個關節空間的運動，并通過液壓驅動裝置控制液壓缸運動；