一种基于3D霍尔遥感的远程交互机械臂系统及实现方法技术方案

本发明专利技术提出一种基于3D霍尔遥感的远程交互机械臂系统，包括主控端和受控端；所述主控端包括霍尔遥感机构、遥感控制模块、第一无线通信模块；所述受控端包括第二无线通信模块、机械臂和机械臂控制机构；所述霍尔遥感机构包括遥感结构件、3D磁力计和磁体；所述3D磁力计与遥感结构件相邻并与遥感控制模块相连；所述磁体固定于遥感结构件的遥感点位置；所述受控端的机械臂处设有与遥感控制模块连接的舵机；当遥感结构件的遥感点位置发生变化时，遥感控制模块把遥感点的位置变化数据发送至机械臂控制机构，使机械臂执行与遥感点运动相匹配的动作；本发明专利技术在克服传统遥感各项缺陷的同时，为机械臂远程控制提供更丰富的人机交互解决方案。

A remote interactive manipulator system based on 3D Holzer remote sensing and its implementation method

The invention provides a remote interactive manipulator system based on 3D Holzer remote sensing, including the main control end and the controlled end, which includes the Holzer remote sensing mechanism, the remote sensing control module, the first wireless communication module, and the controlled terminal including the second wireless communication module, the manipulator and the manipulator control mechanism, and the Holzer remote sensing machine. It consists of remote sensing structure parts, 3D magnetometer and magnets; the 3D magnetometer is adjacent to remote sensing structure and is connected with remote sensing control module; the magnet is fixed to remote sensing point position of remote sensing structure parts; the manipulator at the controlled end is equipped with a rudder connected with remote sensing control module. When changing, the remote sensing control module sends the location change data of remote sensing points to the manipulator control mechanism, which enables the manipulator to perform the action of matching the remote sensing point motion; the invention provides a more abundant human-computer interaction solution for the remote control of the manipulator while overcoming the traditional remote sensing defects.

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D霍尔遥感的远程交互机械臂系统及实现方法
本专利技术涉及机械控制领域，尤其是一种基于3D霍尔遥感的远程交互机械臂系统及实现方法。
技术介绍
目前应用机械臂控制工程中的遥感设备主要有开关式和电位器式，另有部分应用选用传感器为操作核心。开关式遥感用四个方向上的开关感测遥感的动作，操作模式以及输出模式单一，无法适应机械臂复杂的操作需求。电位器遥感原理类同滑阻，即两个滑阻分别置于X和Y轴向，移动遥感即改变探针位置，产生相应电压变量输出。该结构由机械部件直接接触阻体，具有功耗高，滑动噪声大，耐潮湿性能弱等缺点，并且随着遥感工作时间增加，电刷和阻体间易产生磨损，造成阻值偏移且降低工作寿命。部分遥感设备选用2D角度传感器或位移传感器设计，其输出通常为模拟信号，在输入控制系统前需通过外部模数转换电路，精度受到影响并且增大了电路的面积和设计的复杂性，不利于高集成化的设计应用。同时，此类2D器件无法侦测垂直方向上的遥感操作，不利于后续的机械臂功能拓展开发。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于3D霍尔遥感的远程交互机械臂系统及实现方法，在克服传统遥感各项缺陷的同时，为机械臂远程控制提供更丰富的人机交互解决方案。本专利技术采用以下技术方案。一种基于3D霍尔遥感的远程交互机械臂系统，所述机械臂系统包括主控端和受控端；所述主控端包括霍尔遥感机构、遥感控制模块、第一无线通信模块；所述受控端包括第二无线通信模块、机械臂和机械臂控制机构；所述第一无线通信模块与第二无线通信模块以无线方式连接；所述霍尔遥感机构包括遥感结构件、3D磁力计和磁体；所述3D磁力计与遥感结构件相邻并与遥感控制模块相连；所述磁体固定于遥感结构件的遥感点位置；所述受控端的机械臂处设有与遥感控制模块连接的舵机；当遥感结构件的遥感点位置发生变化时，遥感控制模块通过3D磁力计测量遥感点的空间位置变化，并把遥感点的位置变化数据发送至机械臂控制机构，使机械臂在舵机驱动下执行与遥感点运动相匹配的动作。所述遥感控制模块把遥感点的位置变化数据分解为X、Y、Z轴方向上的变化量后，把变化量发送至机械臂控制机构。所述磁体为径向均匀充磁的NS极均分磁体；所述3D磁力计为能在X、Y、Z轴方向进行霍尔遥感测量的磁力计；所述3D磁力计位于X、Y、Z轴的坐标系原点处；X、Y、Z轴为3D磁力计在霍尔遥感时的三维坐标。所述机械臂处的舵机设于机械臂的机械关节处，当机械臂控制模块接收到遥感控制模块发来的X、Y、Z轴方向上的变化量后，机械臂控制模块控制舵机驱动机械臂关节，使机械臂按X、Y、Z轴变化量进行动作。所述机械臂末端设有机械爪；机械臂处设有四个舵机；三个舵机位于机械关节处，一个舵机位于机械爪处。遥感控制模块内置DATAZ阈值范围，所述DATAZ阈值范围为磁体在3D磁力计上方时的操作阈值；在DATAZ超出阈值时，机械臂执行舵机转角锁定作业或机械爪抓取作业。所述遥感结构件包括转台、遥感杆；所述遥感杆的末端固定磁体；遥感杆可滑动地穿置于转台处；当遥感杆在转台处向下滑移使磁体的DATAZ超出阈值时，机械臂舵机使机械关节的转角被锁定，机械爪执行抓取作业。所述的机械臂系统，其远程交互的实现方法包括以下步骤；A1、使遥感结构件上磁体体置处于初始位置，使受控端的机械臂上的机械爪位置处于初始位置，使第一无线通信模块和第二无线通信模块同步以达到数据收发速率及频段一致；A2、驱动遥感结构件使磁体相对3D磁力计运动；A3、以3D磁力计所在位置为坐标原点，3D磁力计对磁体所在位置进行探测，并把磁体所在位置的X轴坐标换算为三维分量数据DATAX，把磁体所在位置的Y轴坐标换算为三维分量数据DATAY，把磁体所在位置的Z轴坐标换算为三维分量数据DATAZ；并按预设频率探测磁体所在位置；A4、遥感控制模块通过第一无线通信模块把磁体所在位置发送给受控端；受控端按接收到的三维分量数据驱动机械臂；使机械爪按三维分量数据进行移动；在步骤A4中，三维分量数据DATAX、DATAY、DATAZ用于四个舵机的转角控制；当DATAZ超出阈值范围时，机械臂执行舵机转角锁定或机械爪抓取。当机械爪执行抓取作业时，按以下步骤进行，B1、转动、滑移遥感杆，使机械臂同步移动至待抓取目标处；B2、遥感杆向下滑移使磁体坐标分量的DATAZ超出阈值范围，机械臂舵机锁定机械关节的转角，机械爪执行抓取作业并获取目标物；B3、遥感杆上移使磁体坐标分量的DATAZ回到阈值范围内，然后遥感杆再次下移使磁体坐标分量的DATAZ超出阈值范围，由于DATAZ再次超出阈值范围且机械爪已完成抓取作业，舵机解锁机械关节；B4、遥感杆再次上移使磁体坐标分量的DATAZ回到阈值范围内，机械臂再次随遥感杆的移动而运动；把抓取的目标物移至存放地。本专利技术采用了新式的霍尔遥感技术，相比于传感遥感功耗更低，体积更小，电路设计简易，侦测模块无机械磨损，使用寿命长不易受环境影响。其可实时输出三维空间内的16位X，Y，Z的磁场强度分量数据，为后端机械臂系统提供更精准，更多样的控制模式。本专利技术可良好适用于多种需精确控制的领域，如工业流水线，飞控系统等。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步详细的说明：附图1是本专利技术的系统流程示意图；附图2是本专利技术主控端的遥感结构件、3D磁力计和磁体的示意图；附图3是磁体位移时的矢量改变示意图；附图4是磁体位移时的矢量变化与3D磁力计位置关系示意图；附图5是3D磁力计及其外部电路原理图；附图6是3D磁力计与遥感控制模块的通信程序流程示意图；附图7是无线通信模块的电路示意图；附图8是无线通信模块的另一电路示意图；附图9是本专利技术的受控端的机械臂结构示意图；图中：1-遥感杆；2-转台；3-磁体；4-3D磁力计；5-机械关节；6-机械手。具体实施方式如图1-9所示，一种基于3D霍尔遥感的远程交互机械臂系统，所述机械臂系统包括主控端和受控端；所述主控端包括霍尔遥感机构、遥感控制模块、第一无线通信模块；所述受控端包括第二无线通信模块、机械臂和机械臂控制机构；所述第一无线通信模块与第二无线通信模块以无线方式连接；所述霍尔遥感机构包括遥感结构件、3D磁力计4和磁体3；所述3D磁力计与遥感结构件相邻并与遥感控制模块相连；所述磁体3固定于遥感结构件的遥感点位置；所述受控端的机械臂处设有与遥感控制模块连接的舵机；当遥感结构件的遥感点位置发生变化时，遥感控制模块通过3D磁力计测量遥感点的空间位置变化，并把遥感点的位置变化数据发送至机械臂控制机构，使机械臂在舵机驱动下执行与遥感点运动相匹配的动作。所述遥感控制模块把遥感点的位置变化数据分解为X、Y、Z轴方向上的变化量后，把变化量发送至机械臂控制机构。所述磁体3为径向均匀充磁的NS极均分磁体；所述3D磁力计为能在X、Y、Z轴方向进行霍尔遥感测量的磁力计；所述3D磁力计位于X、Y、Z轴的坐标系原点处；X、Y、Z轴为3D磁力计在霍尔遥感时的三维坐标。所述机械臂处的舵机设于机械臂的机械关节5处，当机械臂控制模块接收到遥感控制模块发来的X、Y、Z轴方向上的变化量后，机械臂控制模块控制舵机驱动机械臂关节5，使机械臂按X、Y、Z轴变化量进行动作。所述机械臂末端设有机械爪6；机械臂处设有四个舵机；三个舵机位于机械关节处5，一个舵机位于机械爪处。遥感控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于3D霍尔遥感的远程交互机械臂系统，其特征在于：所述机械臂系统包括主控端和受控端；所述主控端包括霍尔遥感机构、遥感控制模块、第一无线通信模块；所述受控端包括第二无线通信模块、机械臂和机械臂控制机构；所述第一无线通信模块与第二无线通信模块以无线方式连接；所述霍尔遥感机构包括遥感结构件、3D磁力计和磁体；所述3D磁力计与遥感结构件相邻并与遥感控制模块相连；所述磁体固定于遥感结构件的遥感点位置；所述受控端的机械臂处设有与遥感控制模块连接的舵机；当遥感结构件的遥感点位置发生变化时，遥感控制模块通过3D磁力计测量遥感点的空间位置变化，并把遥感点的位置变化数据发送至机械臂控制机构，使机械臂在舵机驱动下执行与遥感点运动相匹配的动作。

【技术特征摘要】
1.一种基于3D霍尔遥感的远程交互机械臂系统，其特征在于：所述机械臂系统包括主控端和受控端；所述主控端包括霍尔遥感机构、遥感控制模块、第一无线通信模块；所述受控端包括第二无线通信模块、机械臂和机械臂控制机构；所述第一无线通信模块与第二无线通信模块以无线方式连接；所述霍尔遥感机构包括遥感结构件、3D磁力计和磁体；所述3D磁力计与遥感结构件相邻并与遥感控制模块相连；所述磁体固定于遥感结构件的遥感点位置；所述受控端的机械臂处设有与遥感控制模块连接的舵机；当遥感结构件的遥感点位置发生变化时，遥感控制模块通过3D磁力计测量遥感点的空间位置变化，并把遥感点的位置变化数据发送至机械臂控制机构，使机械臂在舵机驱动下执行与遥感点运动相匹配的动作。2.根据权利要求1所述的一种基于3D霍尔遥感的远程交互机械臂系统，其特征在于：所述遥感控制模块把遥感点的位置变化数据分解为X、Y、Z轴方向上的变化量后，把变化量发送至机械臂控制机构。3.根据权利要求2所述的一种基于3D霍尔遥感的远程交互机械臂系统，其特征在于：所述磁体为径向均匀充磁的NS极均分磁体；所述3D磁力计为能在X、Y、Z轴方向进行霍尔遥感测量的磁力计；所述3D磁力计位于X、Y、Z轴的坐标系原点处；X、Y、Z轴为3D磁力计在霍尔遥感时的三维坐标。4.根据权利要求2所述的一种基于3D霍尔遥感的远程交互机械臂系统，其特征在于：所述机械臂处的舵机设于机械臂的机械关节处，当机械臂控制模块接收到遥感控制模块发来的X、Y、Z轴方向上的变化量后，机械臂控制模块控制舵机驱动机械臂关节，使机械臂按X、Y、Z轴变化量进行动作。5.根据权利要求4所述的一种基于3D霍尔遥感的远程交互机械臂系统，其特征在于：所述机械臂末端设有机械爪；机械臂处设有四个舵机；三个舵机位于机械关节处，一个舵机位于机械爪处。6.根据权利要求5所述的一种基于3D霍尔遥感的远程交互机械臂系统，其特征在于：遥感控制模块内置DATAZ阈值范围，所述DATAZ阈值范围为磁体在3D磁力计上方时的操作阈值；在DATAZ超出阈值时，机械臂执行舵机转角锁定作业或机械爪抓取作业。7.根据权利要求6所述的一种基于3D霍...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏榕山，杜宇轩，吴志强，张鑫刚，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35