[發明專利]一種用于B超機器人的六維操控裝置

有效

• 申請號: 202011328528.3
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112297035B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 李淼;雷自偉;肖曉暉
• 申請（專利權）人: 武漢大學蘇州研究院
• 主分類號: B25J13/00
• 分類號: B25J13/00;B25J13/08;A61B8/00;G01L5/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 常海濤

1.一種用于B超機器人的六維操控裝置，用于操控B超機器人的六自由度機械臂的運動，其特征在于：包括控制筆和控制箱兩大部分，所述控制筆在控制箱的面板上滑動，能夠檢測并傳輸筆的姿態信息，所述控制箱能夠獲取并傳輸其與控制筆接觸點的位置信號和壓力信號；

所述控制筆包括含內部打印組件的筆體外殼、激光發射模塊、IMU模塊、自復位按鈕開關；所述筆體外殼能夠封裝控制筆的內部元器件及線路，所述激光發射模塊用于標定控制筆和控制箱的接觸位置，所述IMU模塊能夠獲取控制筆的姿態信息，所述自復位按鈕開關用于控制機械臂末端在工具坐標系Z軸方向的移動；

所述控制箱分為內箱體和外箱體兩部分，內箱體可在外箱體中上下彈性滑動，內箱體中部安裝有魚眼相機，內箱體底部和外箱體底部之間安裝有壓力傳感器；所述壓力傳感器能檢測到控制筆按壓在控制箱上的壓力并控制控制筆打開激光發射模塊；所述魚眼相機能采集控制筆在控制箱上的位置信息并輸出機械臂沿X軸、Y軸的移動信號；所述壓力傳感器還可以輸出機械臂沿Z軸的移動信號；

所述控制箱包括硅膠層、透明亞克力板、魚眼相機、壓縮彈簧、彈簧限位槽、滑軌滑塊模組、壓力傳感器、內箱體和外箱體；

所述內箱體、外箱體均無上蓋；

所述魚眼相機安裝在內箱體中部，所述透明亞克力板蓋在內箱體上，所述硅膠層平鋪在透明亞克力板上；

所述硅膠層、透明亞克力板、魚眼相機和內箱體構成控制箱內部活動部分，內箱體和外箱體在側壁上通過所述滑軌滑塊模組連接，滑軌固定在外箱體內側，滑塊固定在內箱體外側，以內箱體為主的活動部分可以沿著滑軌上下滑動；

所述彈簧限位槽固定在外箱體內壁上，所述彈簧放置在彈簧限位槽內，內箱體的外壁上設計有對應于彈簧限位槽的凸緣部分，內箱體下滑時，凸緣部分會壓縮彈簧限位槽內的壓縮彈簧，從而使內箱體下滑時產生阻尼作用；

所述壓力傳感器安裝在內箱體底部和外箱體底部之間。

2.如權利要求1所述的用于B超機器人的六維操控裝置，其特征在于：所述激光發射模塊在工作時，會發射紅色激光，激光照射在控制箱表面產生一個亮斑，控制箱中的魚眼相機通過對圖像進行處理可以得到相機視野中的亮斑位置信息；移動控制筆，亮斑在控制箱表面的移動信息由魚眼相機傳輸到機械臂，控制機械臂水平面內沿X軸和Y軸的移動。

3.如權利要求1所述的用于B超機器人的六維操控裝置，其特征在于：所述IMU模塊安裝在控制筆頂部，用于檢測控制筆的姿態角信息，所述姿態角包括繞X軸、繞Y軸和繞Z軸的姿態角，IMU模塊檢測得到的三軸姿態角信息發送到六自由度機械臂，建立起從控制筆到機械臂末端的姿態映射。

4.如權利要求1所述的用于B超機器人的六維操控裝置，其特征在于：所述控制筆的激光發射模塊、IMU模塊和筆體外殼三者的中心軸線共線；

所述控制筆還包括尼龍萬向球和螺絲螺母連接件；所述尼龍萬向球用于減小控制筆在控制箱上滑動時的摩擦阻力，所述螺絲螺母連接件用于控制筆各個元器件的連接固定；優選的，所述控制筆設計成貼合手掌的曲面形狀。

5.如權利要求3所述的用于B超機器人的六維操控裝置，其特征在于：所述IMU模塊每次的初始位姿是固定的，可使IMU模塊初始化的坐標系和機械臂自身坐標系建立起固定的映射關系。

6.如權利要求1所述的用于B超機器人的六維操控裝置，其特征在于：六維操控裝置閑置狀態時，由于壓縮彈簧的阻尼作用，以內箱體為主的活動部分下滑到一定位置即會懸停，控制筆按壓在硅膠層上，硅膠層的壓力大小會被壓力傳感器檢測到。