一个远程操作的穿戴式遥控操作平台制造技术

本发明专利技术公开了一个远程操作的穿戴式遥控操作平台，涉及到机器人系统领域，包括信息采集装置、信息显示装置、通信系统、移动操作平台和仿人机械臂，其中：所述信息采集装置和信息显示装置，是用于完成操作人员的上体信息采集、双足数据采集、以及环境信息回馈显示数据显示装置；所述通信装置，是用于完成数据通讯、传感器信息获取和数据记录；所述移动操作平台，是用于接收移动平台运动控制指令、实现移动平台运动。本发明专利技术结合机械臂运动及控制基本原理，搭建以硬件、传感器、执行机构以及通讯网络为支撑的系统架构，实现“采集—传输—控制—反馈”的控制回路以及可移动平台的远程控制，达到人在回路实时控制。

A Wearable Remote Control Platform for Remote Operation

【技术实现步骤摘要】
一个远程操作的穿戴式遥控操作平台
本专利技术涉及机器人系统领域，特别涉及一个远程操作的穿戴式遥控操作平台。
技术介绍
长期以来，人类一直希望有一种能够代替自身进入危险操作现场对危险品进行操作的平台。人形机器人目前来看具有极大的可能实现这一梦想，可当前的人工智能水平又不足以完全支持人形机器人在复杂且会有突发事件的操作现场进行工作。根据这一矛盾，我们拟设计出一款“人在回路”并能够实现远程操作、完成各种复杂动作且适应多种环境的特种移动平台。因此，专利技术一个远程操作的穿戴式遥控操作平台来解决上述问题很有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一个远程操作的穿戴式遥控操作平台，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一个远程操作的穿戴式遥控操作平台，包括信息采集装置、信息显示装置、通信系统、移动操作平台和仿人机械臂，其中：所述信息采集装置和信息显示装置，是用于完成操作人员的上体信息采集、双足数据采集、以及环境信息回馈显示数据显示装置；所述通信装置，是用于完成数据通讯、传感器信息获取和数据记录；所述移动操作平台，是用于接收移动平台运动控制指令、实现移动平台运动；所述数据采集装置包括上体信息采集系统和双足数据采集系统，所述上体信息采集系统是由多元穿戴式传感器和多MEMS传感器构成，且通过多元穿戴式传感器和多MEMS传感器获取人体各穿戴位置实时数据，并且对穿戴位置姿态进行初步解算和融合以得到各准确穿戴位置姿态，并通过数据转换得到人体躯干、大小臂及手部姿态四元数进行姿态数据映射得到仿人机械臂的实时控制指令；所述移动操作平台包括环境监测及数据采集装置、仿人机器人上体控制和移动平台控制，并且通过独立的PLC利用通信系统与信息采集装置及显示装置接通，其中：所述环境监测及数据采集装置，是用于对人体周围环境进行进行数据检测和采集的装置；所述仿人机器人上体控制，是用于对人体躯干、大小臂和手部姿态进行控制；所述移动平台控制，是用于对移动平台发送控制指令，使得移动平台进行移动。优选的，所述通信系统包括左手手套单片机一、右手手套单片机二、双足运动单片机三、移动平台单片机四和移动平台单片机五，并且通信系统采用非结构分布局域网络使得任一点均至少与两条线路相邻。优选的，所述环境监测及数据采集装置包括传感器模块一、传感器模块二和传感器模块三，其中所述传感器模块一、传感器模块二和传感器模块三分别设置成微电子陀螺仪、薄膜弯曲度传感器和压力或红外传感器。优选的，所述微电子陀螺仪、薄膜弯曲度传感器和压力或红外传感器分别通过I2C传输协议、ADC转串口协议和0-1准测生成控制指令接通至PLC中。优选的，所述移动平台控制设置为执行机构一，所述执行机构一包括驱动以及控制信号、移动平台，且移动平台通过驱动以及控制信号接通至PLC中。优选的，所述仿人机器人上体控制包括执行机构二和执行机构三，所述执行机构二包括UART串口协议解析PWM和机械臂，且机械臂通过UART串口协议解析PWM接通至PLC中，所述执行机构三包括UART串口协议解析PWM和仿生手，且仿生手通过UART串口协议解析PWM接通至PLC中。优选的，所述执行机构一、执行机构二和执行机构三输出端设置有敏感器件，并且执行机构一、执行机构二和执行机构三通过并联的方式与敏感器件连接，另外所述敏感器件通过反馈电路接通至PLC中。优选的，所述通信系统是由2.4GhznRF无线通讯构成，且利用TCP/IP协议完成数据的封装、定址与传输。优选的，所述信息采集装置还包括摄像头。本专利技术的技术效果和优点：1、本专利技术结合机械臂运动及控制基本原理，搭建以硬件、传感器、执行机构以及通讯网络为支撑的系统架构，实现“采集—传输—控制—反馈”的控制回路以及可移动平台的远程控制，达到人在回路实时控制；2、本专利技术拟采用微电子陀螺仪和薄膜弯曲度传感器完成人臂运动数据采集，并构建传感器姿态信息和人姿态信息的映射矩阵，进一步以满足矩阵方程有唯一解为前提，优化传感器数量和布局，降低矩阵维度和计算复杂度，实现矩阵方程实时求解；3、本专利技术采用NRF完成无线通讯，利用TCP/IP协议完成数据的封装、定址与传输，增加平台通讯系统的可靠性，兼顾有线和无线通讯需求；4、本专利技术采用了非结构分布式局域网络的设计思想，分布式网络是由分布在不同地点且具有多个终端的节点机互连而成的，网中任一点均至少与两条线路相连，当任意一条线路发生故障时，通信可转经其他链路完成，并且网络中无中心节点，使得可靠性高，可选择最佳路径，帧结构优化。附图说明图1为本专利技术穿戴式遥控操作平台基本组成结构示意图。图2为本专利技术穿戴式遥控操作平台的信息流程图。图3为本专利技术传感器和人体的空间关系结构示意图。图4为本专利技术人体姿态采集与姿态角映射。图5为本专利技术基于人体双足的移动平台遥控运动控制技术方案流程图。图6为本专利技术非结构分布式局域网络结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了如图1所示的一个远程操作的穿戴式遥控操作平台，包括用于完成操作人员的上体信息采集、双足数据采集、以及环境信息回馈显示数据显示装置的信息采集装置和信息显示装置；用于完成数据通讯、传感器信息获取和数据记录的通信系统；用于接收移动平台运动控制指令、实现移动平台运动的移动操作平台；仿人机械臂。其中数据采集装置包括上体信息采集系统和双足数据采集系统，上体信息采集系统是由多元穿戴式传感器和多MEMS传感器构成，且通过多元穿戴式传感器和多MEMS传感器获取人体各穿戴位置实时数据，并且对穿戴位置姿态进行初步解算和融合以得到各准确穿戴位置姿态，并通过数据转换得到人体躯干、大小臂及手部姿态四元数进行姿态数据映射得到仿人机械臂的实时控制指令，其中MEMS传感器可以设置为压力传感器、惯性传感器等多种现有成熟的传感器。本专利技术提供的一个远程操作的穿戴式遥控操作平台，移动操作平台包括用于对人体周围环境进行进行数据检测和采集的装置的环境监测及数据采集装置；用于对人体躯干、大小臂和手部姿态进行控制的仿人机器人上体控制；用于对移动平台发送控制指令，使得移动平台进行移动移动平台控制；并且通过独立的PLC利用通信系统与信息采集装置及显示装置接通。如图2所示，环境监测及数据采集装置包括传感器模块一、传感器模块二和传感器模块三，其中传感器模块一、传感器模块二和传感器模块三分别设置成微电子陀螺仪、型号为2D-BF的薄膜弯曲度传感器和现有常见的压力或红外传感器，另外微电子陀螺仪、薄膜弯曲度传感器和压力或红外传感器分别通过I2C传输协议、ADC转串口协议和0-1准测生成控制指令接通至PLC中。根据另一个具体实施例，仿人机器人上体控制包括执行机构二和执行机构三，执行机构二包括UART串口协议解析PWM和机械臂，且机械臂通过UART串口协议解析PWM接通至PLC中，执行机构三包括UART串口协议解析PWM和仿生手，且仿生手通过UART串口协议解析PWM接通至PLC中。另外，执行机构一、执行机构二和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一个远程操作的穿戴式遥控操作平台，其特征在于：包括信息采集装置、信息显示装置、通信系统、移动操作平台和仿人机械臂，其中：所述信息采集装置和信息显示装置，是用于完成操作人员的上体信息采集、双足数据采集、以及环境信息回馈显示数据显示装置；所述通信装置，是用于完成数据通讯、传感器信息获取和数据记录；所述移动操作平台，是用于接收移动平台运动控制指令、实现移动平台运动；所述数据采集装置包括上体信息采集系统和双足数据采集系统，所述上体信息采集系统是由多元穿戴式传感器和多MEMS传感器构成，且通过多元穿戴式传感器和多MEMS传感器获取人体各穿戴位置实时数据，并且对穿戴位置姿态进行初步解算和融合以得到各准确穿戴位置姿态，并通过数据转换得到人体躯干、大小臂及手部姿态四元数进行姿态数据映射得到仿人机械臂的实时控制指令；所述移动操作平台包括环境监测及数据采集装置、仿人机器人上体控制和移动平台控制，并且通过独立的PLC利用通信系统与信息采集装置及显示装置接通，其中：所述环境监测及数据采集装置，是用于对人体周围环境进行进行数据检测和采集的装置；所述仿人机器人上体控制，是用于对人体躯干、大小臂和手部姿态进行控制；所述移动平台控制，是用于对移动平台发送控制指令，使得移动平台进行移动。...

【技术特征摘要】
1.一个远程操作的穿戴式遥控操作平台，其特征在于：包括信息采集装置、信息显示装置、通信系统、移动操作平台和仿人机械臂，其中：所述信息采集装置和信息显示装置，是用于完成操作人员的上体信息采集、双足数据采集、以及环境信息回馈显示数据显示装置；所述通信装置，是用于完成数据通讯、传感器信息获取和数据记录；所述移动操作平台，是用于接收移动平台运动控制指令、实现移动平台运动；所述数据采集装置包括上体信息采集系统和双足数据采集系统，所述上体信息采集系统是由多元穿戴式传感器和多MEMS传感器构成，且通过多元穿戴式传感器和多MEMS传感器获取人体各穿戴位置实时数据，并且对穿戴位置姿态进行初步解算和融合以得到各准确穿戴位置姿态，并通过数据转换得到人体躯干、大小臂及手部姿态四元数进行姿态数据映射得到仿人机械臂的实时控制指令；所述移动操作平台包括环境监测及数据采集装置、仿人机器人上体控制和移动平台控制，并且通过独立的PLC利用通信系统与信息采集装置及显示装置接通，其中：所述环境监测及数据采集装置，是用于对人体周围环境进行进行数据检测和采集的装置；所述仿人机器人上体控制，是用于对人体躯干、大小臂和手部姿态进行控制；所述移动平台控制，是用于对移动平台发送控制指令，使得移动平台进行移动。2.根据权利要求1所述的一个远程操作的穿戴式遥控操作平台，其特征在于：所述通信系统包括左手手套单片机一、右手手套单片机二、双足运动单片机三、移动平台单片机四和移动平台单片机五，并且通信系统采用非结构分布局域网络使得任一点均至少与两条线路相邻。3.根据权利要求2所述的一个远程操作的穿戴式遥控操作平台，其特征在于：所述环境监测及数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦伟伟，郭文昕，赵鹏涛，刘洁瑜，张嘉良，胡琛，赵欣，何兵，刘刚，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61