一种智能仿真安全操作柜制造技术

本发明专利技术提供了一种智能仿真安全操作柜，包括操作柜本体，所述操作柜本体内设有仿生操作手、摄像头、控制器，所述摄像头用于采集所述仿生操作手操作的视频信息，所述仿生操作手、所述摄像头均与所述控制器电连接，还包括连接到使用者手上的机械手套，所述机械手套包括机械手套本体，所述机械手套本体上设有传感器、手套控制板、电源，所述传感器用于感知机械手套本体运动，所述传感器与所述电源连接，所述手套控制板分别与所述电源、所述传感器电连接，所述手套控制板还与所述控制器连接。本发明专利技术控制方便、使用方便，且本发明专利技术相较于现有采用人工直接操作进行高危实验，具有使用安全的优点。

An Intelligent Simulated Safety Operating Cabinet

The invention provides an intelligent simulation safety operation cabinet, which comprises an operation cabinet body, which is equipped with a bionic operator, a camera and a controller. The camera is used to collect video information of the operation of the bionic operator. The bionic operator and the camera are electrically connected with the controller, and the mechanical gloves connected to the user's hand are also included. The mechanical glove includes a mechanical glove body. The mechanical glove body is equipped with a sensor, a glove control board and a power supply. The sensor is used to sense the motion of the mechanical glove body. The sensor is connected with the power supply. The glove control board is electrically connected with the power supply and the sensor respectively. The glove control board is also connected with the controller. The invention has the advantages of convenient control and convenient use, and the invention has the advantages of safe use compared with the existing manual direct operation for high-risk experiments.

【技术实现步骤摘要】
一种智能仿真安全操作柜
本专利技术涉及操作柜
，特别涉及一种智能仿真安全操作柜。
技术介绍
在各行各业，不可避免要进行一些高危实验，类似高放射性，高爆炸危险，高病毒危害，高有毒排放等实验，这些实验中，人工直接操作存在不安全的缺陷。
技术实现思路
本专利技术提供一种智能仿真安全操作柜，用以解决现有人工操作进行高危实验不安全的缺陷。一种智能仿真安全操作柜，包括操作柜本体，所述操作柜本体内设有仿生操作手、摄像头、控制器，所述摄像头用于采集所述仿生操作手操作的视频信息，所述仿生操作手、所述摄像头均与所述控制器电连接，还包括连接到使用者手上的机械手套，所述机械手套包括机械手套本体，所述机械手套本体上设有传感器、手套控制板、电源，所述传感器用于感知机械手套本体运动，所述传感器与所述电源连接，所述手套控制板分别与所述电源、所述传感器电连接，所述手套控制板还与所述控制器连接。优选的，所述控制器包括电源模块、控制模块、仿生操作手运动驱动模块、无线通信模块和记忆存储模块，所述控制模块分别与电源模块、仿生操作手运动驱动模块、无线通信模块和记忆存储模块连接，所述电源模块分别与仿生操作手运动驱动模块、无线通信模块和记忆存储模块连接，所述控制模块通过无线通信模块或鸵机线与手套控制板连接，所述手套控制板将机械手套本体的运动信息通过无线通信模块或鸵机线发送给所述控制模块，所述仿生操作手运动驱动模块用于驱动仿生操作手运动，所述记忆存储模块用于实现仿生操作手的运动轨迹记忆。优选的，所述仿生操作手上设有振动传感器，用于采集仿生操作手与操作柜本体碰撞时产生的振动频率，并将采集到的振动频率信号转化为振动频率信号对应的电信号传递给控制模块，所述控制模块对电信号数据进行记录与分析，并在分析得出电信号数据对应的振动频率超过设定的碰撞报警阈值时控制仿生操作手运动驱动模块紧急制动，实现仿生操作手的急停控制；所述振动传感器将仿生操作手的振动频率信号转变为振动频率信号对应的电信号，所述控制模块采集到的所述电信号受到多种因素影响，为了确保在振动频率超过设定的碰撞报警阈值时控制仿生操作手运动驱动模块可以紧急制动，建立以下模型：由于在正常工作时振动传感器也是存在振动信号的，所以首先对于采集到的电信号Di(t)进行傅里叶级数展开：其中ω为预设的角频率其中为电信号Di(t)的平均周期，其通过多次采集电信号并根据该多次采集的电信号的周期的平均值得到，i为第i次碰撞(当i＝0时代表正常运行状态没有碰撞)，ni为第i次碰撞的电信号傅里叶展开的第n项，C(n)表示傅里叶级数展开后的系数，t表示当前时刻，j代表虚数标志，在i＝0时选取幅值最大的那一项C0(n0)max得到n0的值，即可求出没有碰撞时幅值最大项对应的振动频率为接下来让仿生操作手与操作柜本体进行p次不同程度的碰撞(要结合使用情况，概括所有在实际操作中都有可能发生的碰撞)，然后对这p次碰撞经过上述傅里叶展开选取幅值最大项的频率Ci(ni)max后，在这p次碰撞中选择此频率的最小值min(Ci(ni)max)从而确定ni的值，并计算出最小振动频率为则碰撞报警阈值C应按以下方法求取：其中m为碰撞报警阈值的精确度，其值为预设值，m≥0，C作为碰撞报警阈值，可达到对每种情况都能完全保护的效果；当振动频率超过上述确定出的碰撞报警阈值时控制仿生操作手运动驱动模块紧急制动，在制动的时候要综合考虑当前碰撞时的振动频率，以及碰撞时仿生操作手的速度vp，依据这两点来决定采用电磁制动或机械制动方式，以达到安全可靠的效果，所以设定速度和振动频率的基准值分别为V、F，当速度或者振动频率只要有一项超过了其对应的基准值则要进行机械制动(机械制动制动迅速但容易损伤器械)，当两项均未超过其各自对应的基准值时采用电磁制动(电磁制动相对机械制动来说制动较缓慢但几乎不损伤器械)，判定公式如下：vp为碰撞时仿生操作手的速度，μ为判定因子(当μ≥0时采取机械制动，当μ≤0时采用电磁制动)，从而实现仿生操作手的急停控制。优选的，所述无线通信模块为WIFI无线通信模块或蓝牙模块。优选的，所述手套控制板包括：中央处理器、显示器、摄像头视频采集单元、传感器信息采集单元；所述中央处理器与所述控制模块连接，所述中央处理器分别与所述摄像头视频采集单元、传感器信息采集单元、显示器连接，所述摄像头视频采集单元采集摄像头拍摄的仿生操作手操作的视频信息并发送给中央处理器，中央处理器控制显示器显示仿生操作手操作的视频信息，所述传感器信息采集单元采集机械手套本体的运动信息并发送给中央处理器，中央处理器将机械手套本体的运动信息发送给控制模块，控制模块根据所述机械手套本体的运动信息产生相应的操作控制信息，来控制仿生操作手运动驱动模块操作运动。优选的，所述手套控制板上设有第二WIFI无线通信模块，所述第二WIFI无线通信模块包括：WiFi协议单元，所述WiFi协议单元与所述中央处理器连接；CART接口单元，所述CART接口单元连接与所述中央处理器连接；所述中央处理器通过WiFi协议单元将机械手套本体的运动信息数据根据相应命令请求发送无线网络；所述WiFi协议单元用于将打包后的机械手套本体的运动信息数据进行编码，并适时发送到无线网络；所述中央处理器通过CART接口单元与机械手套本体的运动信息数据交互；所述中央处理器为并行总线结构，嵌套中断向量控制单元；所述中央处理器通过WiFi协议单元发送相关信息，以自组网方式完成无线网络的建立；第二无线通信模块上电后，中央处理器通过WiFi协议单元广播发送手套控制板标识信息，并等待已有网络的数据响应，延时一段时间后，判断由无线网络的回传数据，并获取手套控制板的相应网络标识；中央处理器对该网络标识进行识别，再次判断是否满足本身性能要求，并将应答数据打包后在指定时间段发送到无线网络，由无线网络的服务器进行识别判断手套控制板状态，与存储在无线网络服务器中的所有模块的信息配置表进行配对比较后，返回最终的手套控制板终端配置信息，手套控制板在指定时间段内接收相应信息后，保存到手套控制板RAM中，并作为正常通信的标准配置信息，过程结束后，手套控制板完成WiFi无线自组网操作。优选的，所述安全操作柜与所述机械手套为一对一或一对多的关系。优选的，所述仿生操作手上包裹有仿生硅胶手套。优选的，所述机械手套本体的每一关节处均设有传感器，所述传感器为位移传感器和角度传感器，所述位移传感器和角度传感器分别与手套控制板电连接；所述电源为可充电电池。优选的，所述摄像头包括：安装座，所述安装座下部设有透明保护罩，所述透明保护罩内安装有摄像头本体和旋转座，所述摄像头本体设置在所述旋转座下方，所述旋转座底面设置有连杆，所述连杆上设置有摄像头本体；所述旋转座内设置有旋转器；所述安装座内设置有摄像头控制板、外部电源接口，所述摄像头控制板分别与控制器、外部电源接口、旋转器、摄像头本体连接；所述外部电源接口分别与所述旋转器、所述摄像头本体连接。本专利技术技术方案具有以下优点：采用本专利技术进行实验时，操作人员戴上机械手套，操作人员改变其手的动作，使得机械手套也跟随操作人员的手运动，机械手套上的传感器感知机械手套本体的运动，并将运动信息发送给手套控制板，手套控制板将运动信息发送给控制器，控制器根据运动信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能仿真安全操作柜，包括操作柜本体，其特征在于，所述操作柜本体内设有仿生操作手、摄像头、控制器，所述摄像头用于采集所述仿生操作手操作的视频信息，所述仿生操作手、所述摄像头均与所述控制器电连接，还包括连接到使用者手上的机械手套，所述机械手套包括机械手套本体，所述机械手套本体上设有传感器、手套控制板、电源，所述传感器用于感知机械手套本体运动，所述传感器与所述电源连接，所述手套控制板分别与所述电源、所述传感器电连接，所述手套控制板还与所述控制器连接。

【技术特征摘要】
1.一种智能仿真安全操作柜，包括操作柜本体，其特征在于，所述操作柜本体内设有仿生操作手、摄像头、控制器，所述摄像头用于采集所述仿生操作手操作的视频信息，所述仿生操作手、所述摄像头均与所述控制器电连接，还包括连接到使用者手上的机械手套，所述机械手套包括机械手套本体，所述机械手套本体上设有传感器、手套控制板、电源，所述传感器用于感知机械手套本体运动，所述传感器与所述电源连接，所述手套控制板分别与所述电源、所述传感器电连接，所述手套控制板还与所述控制器连接。2.根据权利要求1所述的一种智能仿真安全操作柜，其特征在于，所述控制器包括电源模块、控制模块、仿生操作手运动驱动模块、无线通信模块和记忆存储模块，所述控制模块分别与电源模块、仿生操作手运动驱动模块、无线通信模块和记忆存储模块连接，所述电源模块分别与仿生操作手运动驱动模块、无线通信模块和记忆存储模块连接，所述控制模块通过无线通信模块或鸵机线与手套控制板连接，所述手套控制板将机械手套本体的运动信息通过无线通信模块或鸵机线发送给所述控制模块，所述仿生操作手运动驱动模块用于驱动仿生操作手运动，所述记忆存储模块用于实现仿生操作手的运动轨迹记忆。3.根据权利要求2所述的一种智能仿真安全操作柜，其特征在于，所述仿生操作手上设有振动传感器，用于采集仿生操作手与操作柜本体碰撞时产生的振动频率，并将采集到的振动频率信号转化为振动频率信号对应的电信号传递给控制模块，所述控制模块对电信号数据进行记录与分析，并在分析得出电信号数据对应的振动频率超过设定的碰撞报警阈值时控制仿生操作手运动驱动模块紧急制动，实现仿生操作手的急停控制；所述振动传感器将仿生操作手的振动频率信号转变为振动频率信号对应的电信号，所述控制模块采集到的所述电信号受到多种因素影响，为了确保在振动频率超过设定的碰撞报警阈值时控制仿生操作手运动驱动模块可以紧急制动，建立以下模型：由于在正常工作时振动传感器也是存在振动信号的，所以首先对于采集到的电信号Di(t)进行傅里叶级数展开：其中ω为预设的角频率其中为电信号Di(t)的平均周期，其通过多次采集电信号并根据该多次采集的电信号的周期的平均值得到，i为第i次碰撞(当i＝0时代表正常运行状态没有碰撞)，ni为第i次碰撞的电信号傅里叶展开的第n项，C(n)表示傅里叶级数展开后的系数，t表示当前时刻，j代表虚数标志，在i＝0时选取幅值最大的那一项C0(n0)max得到n0的值，即可求出没有碰撞时幅值最大项对应的振动频率为接下来让仿生操作手与操作柜本体进行p次不同程度的碰撞(要结合使用情况，概括所有在实际操作中都有可能发生的碰撞)，然后对这p次碰撞经过上述傅里叶展开选取幅值最大项的频率Ci(ni)max后，在这p次碰撞中选择此频率的最小值min(Ci(ni)max)从而确定ni的值，并计算出最小振动频率为则碰撞报警阈值C应按以下方法求取：其中m为碰撞报警阈值的精确度，其值为预设值，m≥0，C作为碰撞报警阈值，可达到对每种情况都能完全保护的效果；当振动频率超过上述确定出的碰撞报警阈值时控制仿生操作手运动驱动模块紧急制动，在制动的时候要综合考虑当前碰撞时的振动频率，以及碰撞时仿生操作手的速度vp，依据这两点来决定采用电磁制动或机械制动方式，以达到安全可靠的效果，所以设定速度和振动频率的基准值分别为V、F，当速度或者振动频率只要有一项超过了其对应的基准值则要进行机械制动(机械制动制动迅速但容易损伤器械)，当两项均未超过其各自对应的基准值时采用电磁制动(电磁制动相对机械制动来说制动较缓慢...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢希学，
申请(专利权)人：北京戴纳实验科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11