一种七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路制造技术

本实用新型专利技术公开一种七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路，其特征在于包括微处理器模块、位置检测模块、力反馈模块、通讯接口模块和电源模块。位置检测模块检测手控器的七个自由度的位置信息；力反馈模块为手控器各自由度提供反馈力/力矩；通讯接口模块用于手控器测控系统与计算机之间的通讯，通讯方式包括USB通信和串口通信；功能键为手控器提供复位、扩展行程、记录当前位置信息的功能；电源模块为整个手控器测控系统提供电源。本实用新型专利技术采用增量式光电编码盘测量七自由度手控器的位置信息，采用直流伺服电机为七自由度手控器提供七自由度反馈力/力矩，满足七自由度力反馈遥操作的要求。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路，可广泛应用于多自由度力反馈遥操作场合，如航空航天、医疗、虚拟现实等。二
技术介绍
随着交互式遥操作机器人的广泛应用，将需要大量的具有力触觉反馈的人机接口装置。机器人手控器是常见的机器人遥操作人机接口装置，它一方面测量操作者手部的位置信息作为控制指令控制机械手或者虚拟现实中的虚拟机械手跟踪人手的运动，另一方面，将机器人反馈回来的力触觉信息转换成直接作用于人手的力或力矩，使操作者产生在远地机器人工作现场或虚拟机器人工作现场的“身临其境”的力触觉临场感效果，从而实现带感觉的控制，或者在虚拟环境中产生真实的触摸感觉。七自由度力反馈手控器能够满足多自由度带力反馈遥操作的要求，可应用于航空航天、医疗、抢险救援、虚拟现实等领域，具有广泛的应用价值。三
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种能够提高系统稳定性和可靠性的七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路。本技术采用如下技术方案:一种七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路，包括:微处理器模块、位置检测模块、力反馈模块、通讯接口模块及电源模块，在微处理器模块上分别连接有位置检测模块和力反馈模块，位置检测模块包括含有第一至第七光电编码盘的光电编码电路、含有第一至第七光耦合器的第一光电隔离电路、含有第一至第三计数器的脉冲计数电路及含有第一至第四D触发器的鉴相电路，光电编码电路中的7个光电编码盘分别用于接收七自由度力反馈手控器的7个自由度的位置信号，且每个光电编码盘产生A相脉冲信号和B相脉冲信号，第一至第七光电编码盘产生的7路A相脉冲信号分别通过第一至第七光耦合器传送至第一至第三计数器，脉冲计数电路的输出端和控制端与微处理器模块的计数数据端口和计数控制端口相连，第一至第七光电编码盘产生的7路A相脉冲信号和7路B相脉冲信号分别通过第一至第七光耦合器传送至第一至第四D触发器，鉴相电路的输出端与微处理器模块的方向数据端口相连，力反馈模块包括含有第一至第四非门的反相电路，含有第八至第九光耦合器的第二光电隔离电路，含有第一至第二 D/A转换器的D/A转换电路，含有第一至第七电机驱动器的电机驱动电路，含有第一至第七直流电机的电机组，反向电路中的4个非门的输入端分别与微处理器模块的力反馈数据输出端和力反馈控制输出端相连，第一至第四非门的4个输出端分别通过第八至第九光耦合器传送至第一至第二 D/A转换器，第一至第二 D/A转换器的14个 输出端分别通过第一至第七电机驱动器传送至第一至第七直流电机，第一至第七直流电机通过堵转方式为手控器的各个自由度提供反馈力/力矩。与现有技术相比，本技术具有如下优点:1、本技术七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路可测量手控器七个自由度的位置信息和为手控器各自由度提供反馈力/力矩，满足多自由度力反馈遥操作的要求。2、本技术七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路具有串口通讯接口和USB通讯接口，满足不同应用场合对通讯接口的要求，扩大了手控器的使用范围。3、本技术七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路通过功能键模块，为手控器提供复位、扩展行程、记录当前位置信息的功能，满足遥操作过程中的特殊需求。4、本技术七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路的位置检测模块采用独立的位置检测模块(包括脉冲计数电路和鉴相电路)对编码盘的脉冲信号进行计数，既减轻了对微处理器资源的占用，而且当单片机程序跑飞时，位置检测模块依旧能够记录手控器的位置信息，使得单片机重新正常工作后依旧能够获取到手控器准确的位置信息，保证了系统的稳定性和可靠性。现有手控器测控系统中采用微处理器直接对编码盘的脉冲进行计数以获得手控器的位置信息，当微处理器中的程序跑飞时不能记录到手控器正确的位置信息。5、本技术七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路力反馈模块中采用直流电机堵转的形式为手控器提供反馈力/力矩，效率高、控制过程简单。四附图说明图1是本技术七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路的系统组成框图。图2是本实用新 型七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路位置检测模块组成框图。图3是本技术七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路的光电编码盘电路和第一光电隔离电路。图4是本技术七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路的脉冲计数电路。图5是本技术七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路的鉴相电路。图6是本技术七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路力反馈模块组成框图。图7是本技术七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路的反相电路、第二光电隔离电路及D/A转换电路。图8是本技术七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路的电机驱动电路。图9是本技术七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路通信接口模块组成框图。图10是本技术七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路通信接口模块电路图图11是本技术七自由度力反馈手控器测控系微处理器电路图。图12是本技术七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路电源模块组成框图。图13是本技术七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路电源模块电路图。图14是本技术七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路下位机软件流程图。五具体实施方式以下结合附图详细说本技术的具体实施步骤。参阅图1，本技术七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路，包括:微处理器模块1、位置检测模块2、力反馈模块3、通讯接口模块4和电源模块5。采用增量式光电编码盘测量手控器的位置信息，采用直流伺服电机堵转的形式为手控器提供反馈力/力矩。微处理器模块I通过通讯接口模块4与计算机进行通信，通信方式包括串口通信和USB通信。位置检测模块2将检测到的手控器各自由度的位置信息送至微处理器模块1，微处理器模块I将处理后的位置信息通过通讯接口模块4送至计算机；微处理器模块I通过通讯接口模块4接收计算机的反馈力信息，微处理器模块I将处理后的反馈力信息通过力反馈模块3向手控器输出反馈力/力矩。参阅图2，位置检测模块包括光电编码盘201、第一光电隔离电路202、脉冲计数电路203、盘鉴相电路204。光电编码电路201中第一至第七光电编码盘Encoderl_Encoder7选用增量式光电编码盘，光电隔离电路202中第一至第七光耦合器U2-1 - U2-7选用双路高速光耦HCPL-2630，脉冲计数电路 203中第一至第三计数器U2-8-U2-10选用8254芯片，第一电平转换器U2-11选用SN74CBTD3384芯片，鉴相电路204中第一至第四鉴相器U2-12-U2-15选用D触发器7474芯片，第二电平转换器U2-16选用SN74CBTD3384芯片，光电编码电路201中第一至第七光电编码盘Encoderl-Encoder7分别与电机组305中第一至第七直流电机的输出轴Motor_Shaftl_Motor_Shaft7相连，第一至第七光电编码盘Encoderl_Encoder7的A、B相脉冲输出端分别与光电隔离电路202中第一至第七光耦合器U2-1-U2-7的发光管的两个负极(HCPL-2630的引脚1、4)相连，第一至第七光耦合器的输出端(HCPL-2630的引脚7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种七自由度力反馈机器人遥操作手控器测控电路，包括：微处理器模块（1）、通讯接口模块（4）及电源模块（5），其特征在于，在微处理器模块（1）上分别连接有位置检测模块（2）和力反馈模块（3），所述位置检测模块（2）包括含有第一至第七光电编码盘的光电编码电路（201）、含有第一至第七光耦合器的第一光电隔离电路（202）、含有第一至第三计数器的脉冲计数电路（203）及含有第一至第四D触发器的鉴相电路（204），所述光电编码电路（201）中的7个光电编码盘分别用于接收七自由度力反馈手控器的7个自由度的位置信号，且每个光电编码盘产生A相脉冲信号和B相脉冲信号，第一至第七光电编码盘产生的7路A相脉冲信号分别通过第一至第七光耦合器传送至第一至第三计数器，脉冲计数电路（203）的输出端和控制端与微处理器模块（1）的计数数据端口和计数控制端口相连，第一至第七光电编码盘产生的7路A相脉冲信号和7路B相脉冲信号分别通过第一至第七光耦合器传送至第一至第四D触发器，鉴相电路（204）的输出端与微处理器模块（1）的方向数据端口相连，所述力反馈模块（3）包括含有第一至第四非门的反相电路（301），含有第八至第九光耦合器的第二光电隔离电路（302），含有第一至第二D/A转换器的D/A转换电路（303），含有第一至第七电机驱动器的电机驱动电路（304），含有第一至第七直流电机的电机组（305），所述的反向电路（301）中的4个非门的输入端分别与微处理器模块（1）的力反馈数据输出端和力反馈控制输出端相连，第一至第四非门的4个输出端分别通过第八至第九光耦合器传送至第一至第二D/A转换器，第一至第二D/A转换器的14个输出端分别通过第一至第七电机驱动器传送至第一至第七直流电机，第一至第七直流电机通过堵转方式为手控器的各个自由度提供反馈力/力矩。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋爱国，吴常铖，崔建伟，吴涓，曹寅，朱澄澄，李会军，徐宝国，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：