一种基于同构型机械臂的遥操作系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于同构型机械臂的遥操作系统，基于同构型机械臂的遥操作系统包括主控端和从控端，主控端包括主机械臂、主计算机PC和第一6维力/力矩传感器，主机械臂和主计算机PC通过局域网连接；从控端包括从机械臂、从计算机PC、第二6维力/力矩传感器和监控设备；所述主计算机PC和从计算机PC之间通信连接；所述从机械臂跟随主机械臂作同步动作；所述主机械臂通过控制主机械臂上的关节扭矩复现所述从机械臂上的6维力/力矩信息。本实用新型专利技术用以提升用户在主控端的操作流畅性、增强用户对从控端作业环境的力感知和视觉感知水平。户对从控端作业环境的力感知和视觉感知水平。户对从控端作业环境的力感知和视觉感知水平。

【技术实现步骤摘要】
一种基于同构型机械臂的遥操作系统


[0001]本技术涉及遥操作
，特别涉及一种基于同构型机械臂的遥操作系统。

技术介绍

[0002]机器人遥操作系统是在人员操作主控端设备情况下，实现从控端机器人同步操作的一种远距离控制系统，该系统可以完成复杂环境下人类无法执行的困难操作任务。远程遥操作系统的核心技术包含远程控制、环境感知、远程通信和实时视频传输等。通过在主控端复现从控端与环境间的交互力，并提供从控端作业现场的实时监控视频，可以提升主控端人员操作的准确性和工作效率。该技术在未来远程医疗、抢险、工业及特种应用中能够最大化提升资源使用率、维护人类的生命安全，创造出巨大的经济效益和社会效益。
[0003]专利公开号为CN113612928A的中国专利公开了一种遥操作系统、遥操作方法及芯片，该专利提出了由主操作机械臂、从操作机械臂和视觉系统组成的遥操作系统。该系统需要控制系统与视觉系统交互，存在控制链路复杂的问题，且缺乏从控端机械臂与作业环境间的力触觉信息反馈，主控端操作者无法真实感受从控端机械臂与环境间的交互状态。
[0004]专利公开号为CN113829357A的中国专利公开了一种机器人手臂遥操作方法、装置、系统及介质，该专利提出了一种基于操作人员的手臂位置信息采集，并利用该位置信息实现对机械臂的遥操作控制技术。由于该系统的手臂识别方式是基于CNN骨干网络特征提取，存在目标识别不稳定、无法控制机械臂姿态、手臂控制导致运动范围较小等问题。
[0005]综上所述，目前传统机器人的遥操作技术主要方法是通过操作主控端设备实现从控端机械臂在空间内的姿态控制，且存在控制链路复杂、操作难度大、力感知交互差等问题。在传统遥操作技术的基础上也存在基于外骨骼装置实现的方式(如数据手套等)，但此类外骨骼装置类的应用普遍存在装置自重较大且灵活性差等问题。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本技术提供了一种基于同构型机械臂的遥操作系统，以提升用户在主控端的操作流畅性、增强用户对从控端作业环境的力感知和视觉感知水平。
[0007]本技术的技术方案为：
[0008]一种基于同构型机械臂的遥操作系统，包括主控端和从控端，
[0009]主控端包括主机械臂、主计算机PC和第一6维力/力矩传感器，所述第一6维力/力矩传感器安装于主机械臂末端的法兰位置，主机械臂和主计算机PC通过局域网连接；
[0010]从控端包括从机械臂、从计算机PC、第二6维力/力矩传感器和监控设备，所述第二6维力/力矩传感器安装于从机械臂末端的法兰位置，所述从机械臂和监控设备均与所述从计算机PC连接，所述监控设备为视频监控设备；
[0011]所述主计算机PC和从计算机PC之间通信连接，监控设备采集到的音视频信息在主计算机PC上显示和播放。
[0012]作为优选，所述从控端接收所述主控端的控制信号，控制所述从机械臂跟随主机械臂作同步动作；
[0013]所述主控端接收所述第二6维力/力矩传感器的检测信息，所述主机械臂通过控制主机械臂上的关节扭矩复现所述从机械臂上的6维力/力矩信息。
[0014]作为优选，所述主控端将主机械臂末端所要实现的力矩信息转化为主机械臂的关节扭矩输出给主机械臂的PID控制器。
[0015]作为优选，所述主控端和从控端均设有滤波器，对接收到的信号进行滤波处理。
[0016]作为优选，所述主计算机PC和从计算机PC之间通过5G网络通道进行数据交互，采用的设备为CPE设备。
[0017]作为优选，所述主机械臂和从主机械臂均为WAM机械臂。
[0018]作为优选，所述从计算机PC与所述从机械臂通过局域网连接，所述监控设备通过USB数据线与从计算机PC连接。
[0019]综上所述，本技术的有益效果有：
[0020]1.提出了一种将传统机械臂控制与视觉和力觉相结合的远程遥操作系统，增强用户对从控端作业环境的力感知和视觉感知水平；
[0021]2.通过实时重力补偿实现主从的端零力控制，实现主从端机械臂在远程遥操作方面的应用，提高了远程遥操作的稳定性、流畅性和安全性；
[0022]3.实现主控端和从控端双边实时视频流和力反馈的数据传输，通过视觉和触觉信息反馈提高用户临场感；
[0023]4.对遥操作普遍存在时延导致稳定性差的问题进行优化处理，保证了机械臂远程操作过程中控制的稳定性和安全性；
[0024]5.搭建了一个完备的远程控制系统和环境感知系统，为机械臂远程控制技术在医疗行业、工业生产等领域应用提供较好的基础，实现远程医疗和远程协作任务，最大化提高医疗资源的利用率和生产生活的安全保障。
附图说明
[0025]图1是本技术中基于同构型机械臂的遥操作系统的示意图；
[0026]图2是本技术中基于同构型机械臂的遥操作方法的流程示意图；
[0027]图3是本技术中主控端数据流处理流程示意图；
[0028]图4是本技术中从控端数据流处理流程示意图；
[0029]图5是本技术中监控设备实时视频传输流程示意图；
[0030]图6是本技术中遥操作通信丢包处理流程示意图。
[0031]图1中，101、主计算机PC；102、操作者；103、主机械臂；104、监控设备；105、第二6维力/力矩传感器；106、从机械臂；107、从计算机PC；108、第一6维力/力矩传感器；109、CPE设备。
具体实施方式
[0032]下面结合附图详细说明本技术的具体实施方式。
[0033]本技术中，第一6维力/力矩传感器和第二6维力/力矩传感器均为6维力/力矩
传感器，6维力/力矩传感器为6维力传感器或6维力矩传感器或是二者的结合。
[0034]实施例：参考图1，一种基于同构型机械臂的遥操作系统，包括主控端和从控端。
[0035]主控端包括主机械臂、主计算机PC和第一6维力/力矩传感器，所述第一6维力/力矩传感器安装于主机械臂末端的法兰位置，主机械臂和主计算机PC通过局域网连接。操作者在主控端进行操作。
[0036]从控端包括从机械臂、从计算机PC、第二6维力/力矩传感器和监控设备，所述第二6维力/力矩传感器安装于从机械臂末端的法兰位置，所述从机械臂和监控设备均与所述从计算机PC连接，所述监控设备为视频监控设备。
[0037]所述主计算机PC和从计算机PC之间通信连接，监控设备采集到的音视频信息在主计算机PC上显示和播放。
[0038]所述从控端接收所述主控端的控制信号，控制所述从机械臂跟随主机械臂作同步动作。
[0039]所述主控端接收所述第二6维力/力矩传感器的检测信息，所述主机械臂通过控制主机械臂上的关节扭矩复现所述从机械臂上的6维力/力矩信息。
[0040]所述主控端将主机械臂末端所要实现的力矩信息转化为主机械臂的关节扭矩输出给主机械臂的PID控制器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于同构型机械臂的遥操作系统，其特征在于，包括主控端和从控端，主控端包括主机械臂、主计算机PC和第一6维力/力矩传感器，所述第一6维力/力矩传感器安装于主机械臂末端的法兰位置，主机械臂和主计算机PC通过局域网连接；从控端包括从机械臂、从计算机PC、第二6维力/力矩传感器和监控设备，所述第二6维力/力矩传感器安装于从机械臂末端的法兰位置，所述从机械臂和监控设备均与所述从计算机PC连接，所述监控设备为视频监控设备；所述主计算机PC和从计算机PC之间通信连接，监控设备采集到的音视频信息在主计算机PC上显示和播放。2.根据权利要求1所述的基于同构型机械臂的遥操作系统，其特征在于，所述从控端接收所述主控端的控制信号，控制所述从机械臂跟随主机械臂作同步动作；所述主控端接收所述第二6维力/力矩传感器的检测信息，所述主机械臂通过控制主机械臂上的关节扭矩复现...

【专利技术属性】
技术研发人员：周玉康，臧家炜，李子健，费艺军，
申请(专利权)人：埃斯顿南京医疗科技有限公司，
类型：新型
国别省市：