一种高强度温敏型柔性驱动器的机械臂控制方法技术

本发明专利技术涉及柔性驱动器技术领域，公开了一种高强度温敏型柔性驱动器的机械臂控制方法，包括定位、运动补偿和人机交互，所述定位为机器人定位于TMS设备中的导航系统，通过建立雅克比矩阵实现关节坐标和空间位置坐标的对应，并通过控制关节来实现机械臂末端在空间中的定位；所述运动补偿为通过TMS导航系统追踪人体头部的运动并实时更新线圈的理想位置，机械臂通过不断追踪理想位置将线圈保持与头部的相对位置不变，实现头部运动补偿；所述人机交互控制实现精确稳定的人机交互控制。该高强度温敏型柔性驱动器的机械臂控制方法，在人机交互时相比驱动器具有安全、稳定等明显的优势，提供力反馈信号，以实现精确稳定的人机交互控制。制。制。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度温敏型柔性驱动器的机械臂控制方法


[0001]本专利技术涉及柔性驱动器
，具体为一种高强度温敏型柔性驱动器的机械臂控制方法。

技术介绍

[0002]基于双目立体视觉的原理，利用虚拟仿真场景，在经颅磁刺激治疗时，在虚拟仿真场景中选择刺激的目标靶点，然后通过虚拟场景与现实机械臂进行交互，使得机械臂夹持着刺激线圈，借助视觉和机械臂的结合将刺激线圈精准推送到刺激靶点。并且针对机械臂运动过程中可能与外部环境发生碰撞的问题，对机械臂路径规划方法进行了研究。
[0003]机器人为采用柔性驱动器的多自由度机械臂系统，与现有的TMS设备集成，完成TMS线圈在头部特定脑区的自动定位、头部运动追踪补偿以及人机交互力控制。
[0004]目前，现有的高强度温敏型柔性驱动器的机械臂控制方法存在如下问题：无法保证器械人机交互安全性，刚度过大可能带来交互中的不适感，且在力控制过程中存在稳定性问题，不便提供力反馈信号，难以实现精确稳定的人机交互控制。为此，需要设计相应的技术方案给予解决。

技术实现思路

[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种高强度温敏型柔性驱动器的机械臂控制方法，解决了无法保证器械人机交互安全性，刚度过大可能带来交互中的不适感，且在力控制过程中存在稳定性问题，不便提供力反馈信号，难以实现精确稳定人机交互控制的技术问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种高强度温敏型柔性驱动器的机械臂控制方法，包括定位、运动补偿和人机交互，所述定位为机器人定位于TMS设备中的导航系统，机械臂控制器采用PID算法得到各连杆矩阵的一般变换公式：通过建立雅克比矩阵实现关节坐标和空间位置坐标的对应，并通过控制关节来实现机械臂末端在空间中的定位；所述运动补偿为通过TMS导航系统追踪人体头部的运动并实时更新线圈的理想位置，机械臂通过不断追踪理想位置将线圈保持与头部的相对位置不变，实现头部运动补偿；所述人机交互控制为在机械臂将TMS线圈运动至指定位置之后，机械臂会将线圈以垂直于头部的方向以
一定大小的力将线圈压紧在头部，人机交互控制器通过静力学模型，根据柔性驱动器上的力反馈信号计算出线圈在头部的压力，并通过阻抗控制控制此压力，实现精确稳定的人机交互控制。
[0009]优选的，所述机械臂控制系统包括机械臂可视化输出、机械臂轨迹规划、机械臂控制和人机交互状态显示。
[0010]优选的，其具体步骤包括：
[0011]S1：脑区分析，人体头部运动分析；
[0012]S2：具有柔性驱动器的机械结构设计，建模、仿真、设计和制造；
[0013]S3：基于柔性驱动器开发人机交互控制，机械臂定位追踪及轨迹规划；
[0014]S4：与TMS设备软硬件集成。
[0015]优选的，所述导航系统是在人头部放置多个红外线反射球，并使用摄像头实时追踪头部的位置，再根据需要刺激的脑区计算出线圈在空间中的理想位置。
[0016](三)有益效果
[0017]该高强度温敏型柔性驱动器的机械臂控制方法，从根本上保证器械人机交互安全性，实现TMS线圈在工作空间中六自由度的定位，保证了足够的工作空间以覆盖所有大脑区域并且可以足够补偿人体头部的运动，驱动器具有安全、稳定等明显的优势，可以提供力反馈信号，以实现精确稳定的人机交互控制，强度高，机械控制简单。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的机械臂系统与TMS设备的软硬件集成示意图。
具体实施方式
[0019]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。
[0020]请参阅图1，本专利技术实施例提供一种技术方案：一种高强度温敏型柔性驱动器的机械臂控制方法，包括定位、运动补偿和人机交互，所述定位为机器人定位于TMS设备中的导航系统，机械臂控制器采用PID算法得到各连杆矩阵的一般变换公式：通过建立雅克比矩阵实现关节坐标和空间位置坐标的对应，并通过控制关节来实现机械臂末端在空间中的定位；所述运动补偿为通过TMS导航系统追踪人体头部的运动并实时更新线圈的理想位置，机械臂通过不断追踪理想位置将线圈保持与头部的相对位置不变，实现头部运动补偿；所述人机交互控制为在机械臂将TMS线圈运动至指定位置之后，机械臂会将线圈以垂直于头部的方向以
一定大小的力将线圈压紧在头部，人机交互控制器通过静力学模型，根据柔性驱动器上的力反馈信号计算出线圈在头部的压力，并通过阻抗控制控制此压力，实现精确稳定的人机交互控制。
[0021]进一步改进地，所述机械臂控制系统包括机械臂可视化输出、机械臂轨迹规划、机械臂控制和人机交互状态显示。
[0022]进一步改进地，其具体步骤包括：
[0023]S1：脑区分析，人体头部运动分析；
[0024]S2：具有柔性驱动器的机械结构设计，建模、仿真、设计和制造；
[0025]S3：基于柔性驱动器开发人机交互控制，机械臂定位追踪及轨迹规划；
[0026]S4：与TMS设备软硬件集成。
[0027]具体改进地，所述导航系统是在人头部放置多个红外线反射球，并使用摄像头实时追踪头部的位置，再根据需要刺激的脑区计算出线圈在空间中的理想位置。
[0028]导航系统的原理，是在人头部放置多个红外线反射球，并使用摄像头实时追踪头部的位置，再根据需要刺激的脑区计算出线圈在空间中的理想位置。机器人系统会根据这个理想位置，通过运动学反解得到机械臂六个关节的位置，随后控制器控制六个关节达到理想位置，实现线圈在空间中的定位。其中，机械臂的运动学模型通过D
‑
H坐标建立，通过建立雅克比矩阵实现关节坐标和空间位置坐标的对应。机械臂控制器采用PID算法实现精确快速的响应。
[0029]从根本上保证器械人机交互安全性，实现TMS线圈在工作空间中六自由度的定位，机械臂采用串联的形式，且所有关节输出旋转运动，每个关节由独立的电机(步进电机和直流无刷电机)通过减速器和传动机构来驱动，机械臂的尺寸经过机器人学理论设计优化，保证了足够的工作空间以覆盖所有大脑区域并且可以足够补偿人体头部的运动，其中的弹性元件可以提供内在的柔性，在人机交互时相比刚性驱动器具有安全、稳定等明显的优势，更重要的是，此柔性驱动器在不需要额外力/力矩传感器的情况下可以提供力反馈信号，以实现精确稳定的人机交互控制。
[0030]因此，通过对此柔性关节的控制，机械臂可以实现将TMS线圈以一定大小的力压在头部。
[0031]一方面，驱动器中的柔性需保证使用安全；另一方面，驱动器需通过弹性元件提供力反馈信号。
[0032]本专利技术的部件均为通用标准件或本领域技术人本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度温敏型柔性驱动器的机械臂控制方法，包括定位、运动补偿和人机交互，其特征在于：所述定位为机器人定位于TMS设备中的导航系统，机械臂控制器采用PID算法得到各连杆矩阵的一般变换公式：通过建立雅克比矩阵实现关节坐标和空间位置坐标的对应，并通过控制关节来实现机械臂末端在空间中的定位；所述运动补偿为通过TMS导航系统追踪人体头部的运动并实时更新线圈的理想位置，机械臂通过不断追踪理想位置将线圈保持与头部的相对位置不变，实现头部运动补偿；所述人机交互控制为在机械臂将TMS线圈运动至指定位置之后，机械臂会将线圈以垂直于头部的方向以一定大小的力将线圈压紧在头部，人机交互控制器通过静力学模型，根据柔性驱动器上的力反馈信号计算出线圈在头部的压力，并通过阻抗控制控制此压力，实现精确稳定...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金福，姚涛，
申请(专利权)人：南京金栖梧科技有限公司，
类型：发明
国别省市：