一种遥操作手术机器人主操作手信号处理装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种遥操作手术机器人主操作手信号处理装置，包括差分正交脉冲编码器、差分信号处理电路和ARM微控制器；所述差分正交脉冲编码器根据编码器正反转输出A、B两相相位相差±90°的差分脉冲信号；所述差分信号处理电路将差分脉冲信号转换成LVTTL电平脉冲信号；所述ARM微控制器读取电平脉冲信号及数据处理并将数据传输至后续处理设备。本实用新型专利技术所述的遥操作手术机器人主操作手信号处理装置，采用与目前主操作手信号处理装置不一样的系统结构，提供一种基于ARM的硬件系统结构。利用ARM的高度集成性及编程灵活性，大大降低硬件电路设计复杂性及调试难度，使系统结构紧凑，成本较低。

A signal processing device for the main manipulator of a teleoperation robot

【技术实现步骤摘要】
一种遥操作手术机器人主操作手信号处理装置
本技术涉及电子通信
，特别涉及一种遥操作手术机器人主操作手信号处理装置。
技术介绍
主操作手是遥操作过程中的关键部件，是对从端机械手进行实时运动控制的重要输入设备。作为人与机器人之间交互的接口，它可以向控制系统实时传送操作者手部的位姿、速度等多种信息。瑞士ForceDimension公司利用Delta并联机构原理成功开发出三自由度和六自由度力反馈设备，其控制系统实现中将运动控制和伺服电机驱动集成到PCB板，使力反馈设备结构紧凑且有很好的实时力反馈效果。由于该设备需要从国外进口，长此以往不但价格高昂、采购周期较长，且很难有自主知识产权。哈尔滨工业大学基于国家“863”计划项目“微创腹腔外科手术机器人”设计的力反馈主手为串并联混合型7自由度结构，并实现了4自由度力反馈(三维空间力反馈和夹持力反馈)，其控制系统采用传统的工控主机+多轴运动控制卡+伺服驱动器实现，不仅结构复杂、体积庞大且成本较高。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的是提供一种遥操作手术机器人主操作手信号处理装置，该装置结构简单，集成度高，工程实现容易且成本较低。本技术的目的是通过这样的技术方案实现的，一种遥操作手术机器人主操作手信号处理装置，包括差分正交脉冲编码器、差分信号处理电路和ARM微控制器；所述差分正交脉冲编码器根据编码器正反转输出A、B两相相位相差±90°的差分脉冲信号；所述差分信号处理电路将差分脉冲信号转换成LVTTL电平脉冲信号；所述ARM微控制器读取电平脉冲信号及数据处理并将数据传输至后续处理设备。进一步，主操作手为七自由度串并联混合结构，其中并联机构为3-RUU结构，串联机构为三轴垂直汇交结构。进一步，所述ARM微控制器有多路I/O口和USB2.0数据传输接口，其通过USB2.0接口与后续处理设备进行通讯。由于采用了上述技术方案，本技术具有如下的优点：本技术所述的遥操作手术机器人主操作手信号处理装置，采用与目前主操作手信号处理装置不一样的系统结构，提供一种基于ARM的硬件系统结构。利用ARM的高度集成性及编程灵活性，大大降低硬件电路设计复杂性及调试难度，使系统结构紧凑，成本较低。附图说明为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术作进一步的详细描述，其中：图1为遥操作手术机器人主操作手信号处理装置结构示意图；图2为正交差分脉冲编码器正反转时输出信号示意图；图3为本专利技术七自由度遥操作手的第一实施例结构示意图；图4为夹持机构的立体结构示意图；图5是串联机构的立体结构示意图；图6为并联机构的立体结构示意图。具体实施方式以下将结合附图，对本技术的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本技术，而不是为了限制本技术的保护范围。一种遥操作手术机器人主操作手信号处理装置，用于获取七自由度主操作手的位姿信息并提供给后续处理设备。图1为一实施例中的遥操作手术机器人主操作手信号处理装置结构示意图，包括差分正交脉冲编码器、差分信号处理电路、ARM微控制器。其中，主操作手为七自由度串并联混合结构，其并联机构为3-RUU结构，串联机构为三轴垂直汇交结构。本信号处理装置共有七路差分正交脉冲编码器，分别安装在主操作手的七个旋转关节上。差分正交脉冲编码器采用Maxon公司MR系列1000线编码器，根据其正反转可输出A、B两相相位相差±90°的差分脉冲信号，且每相每圈输出脉冲个数为1000，如图2所示，编码器正转时，其输出信号为A相脉冲在上升沿时B相脉冲是低电平；反转时，其输出信号为A相脉冲在上升沿时B相脉冲是高电平。差分信号处理电路采用芯片MC3486实现，可将编码器输出的差分信号转换成LVTTL电平信号以匹配微控制器I/O口电平。ARM微控制器采用意法半导体芯片STM32F103VBT，片上资源丰富，包括128KBRAM，80个I/O端口及1个USB2.0数据传输接口，对其片上编程实现对编码器A相输出脉冲个数计数，根据脉冲计数器值计算出各个编码器旋转角度值，通过3-RUU并联机构正解公式和三轴汇交串联机构D-H变换矩阵计算出主操作手末端点空间位置坐标、姿态及张角值，并将数据通过USB2.0接口传输至后续处理设备。如图3～6所示，本实施例的一种七自由度主操作手包括夹持机构1、串联机构2、并联机构3；所述夹持机构1包括夹持装置1-1、夹持座1-2、螺旋转盘1-3、编码器I1-4、直流电机I1-5，夹持装置通过导向杆1-1-1与螺旋转盘滑动连接，螺旋转盘与夹持座转动连接，并通过钢丝绳与直流电机I的一个输出轴连接，螺旋转盘与钢丝绳驱动机构轴线相交，直流电机的另一输出轴与编码器I连接。所述串联机构2包括旋转臂I2-1、旋转臂II2-2、钢丝轮驱动机构I2-3、钢丝轮驱动机构II2-4、钢丝轮驱动机构III2-5、编码器II2-6、编码器III2-7、编码器IV2-8、直流电机II2-9、直流电机III2-10、直流电机IV2-11，钢丝轮驱动机构I与夹持座连接，钢丝轮驱动机构I与旋转臂I转动连接，并通过钢丝绳与直流电机II的一个输出轴连接，钢丝轮驱动机构II与旋转臂I连接，钢丝轮驱动机构II与旋转臂II转动连接，并通过钢丝绳与直流电机III的一个输出轴连接，钢丝轮驱动机构III与旋转臂II连接，并通过钢丝绳与直流电机IV连接，旋转臂II与连接平台3-1转动连接，直流电机II的另一输出轴与编码器II连接、直流电机III的另一输出轴与编码器III连接、直流电机IV的另一输出轴与编码器IV连接，钢丝轮驱动机构I与钢丝轮驱动机构II以及钢丝轮驱动机构III的轴线相交；所述并联机构3包括连接平台3-1、连杆I3-2、连杆II3-3、连杆III3-4、钢丝轮驱动机构IV3-5、钢丝轮驱动机构V3-6、钢丝轮驱动机构VI3-7、直流电机V3-8、直流电机VI3-9、直流电机VII3-10、连接座I3-11、连接座II3-12、连接座III3-13，连杆I、连杆II和连杆III与连接平台转动连接，连杆I与钢丝轮驱动机构IV转动连接，连杆II与钢丝轮驱动机构V转动连接，连杆III与钢丝轮驱动机构VI转动连接，钢丝轮驱动机构IV与连接座I转动连接，并通过钢丝绳与直流电机V连接，钢丝轮驱动机构V与连接座Ⅱ转动连接，并通过钢丝绳与直流电机VI连接，钢丝轮驱动机构VI与连接座III转动连接，并通过钢丝绳与直流电机VII连接。本实施例中，所述操作手夹持机构夹持装置包括导向杆1-1-1、夹持柄1-1-2、手指环1-1-3，所述螺旋转盘上有螺旋空心槽，所述夹持座底部有导向槽，与导向杆滑动连接完成运动限位；本实施例中，所述钢丝轮驱动机构I、钢丝轮驱动机构II、钢丝轮驱动机构III为半圆形空心槽结构，旋转臂I、旋转臂II、连接平台上设置有限位销3-1-1，所述限位销3-1-1可将夹持座、旋转臂I、旋转臂II的转动角度控制在0°-180°之间。本实施例的基座为三角形基座，导向杆为双层导向杆，有利于运动协调一致，从而提高动作的准确性。以上所述仅为本技术的优选实施例，并不用于限制本技术，显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本实用新本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种遥操作手术机器人主操作手信号处理装置，其特征在于：包括差分正交脉冲编码器、差分信号处理电路和ARM微控制器；所述差分正交脉冲编码器根据编码器正反转输出A、B两相相位相差±90°的差分脉冲信号；所述差分信号处理电路将差分脉冲信号转换成LVTTL电平脉冲信号；所述ARM微控制器读取电平脉冲信号及数据处理并将数据传输至后续处理设备。

【技术特征摘要】
1.一种遥操作手术机器人主操作手信号处理装置，其特征在于：包括差分正交脉冲编码器、差分信号处理电路和ARM微控制器；所述差分正交脉冲编码器根据编码器正反转输出A、B两相相位相差±90°的差分脉冲信号；所述差分信号处理电路将差分脉冲信号转换成LVTTL电平脉冲信号；所述ARM微控制器读取电平脉冲信号及数据处理并将数据传输至后续处理设备。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊亮，傅舰艇，谢毅，向洋，王黎，张敏锐，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：新型
国别省市：重庆,50