遥控操作的机器人系统技术方案

一种遥控操作的机器人系统，该遥控操作的机器人系统包括主控制臂、从属臂和可动平台。在使用中，用户操纵主控制臂以控制从属臂的运动。遥控操作的机器人系统可以包括两个主控制臂和两个从属臂。主控制臂和从属臂可以安装在平台上。平台可以为主控制臂并且为机器人系统的遥控操作者或用户提供支撑。因此，可动平台可以允许机器人系统到处移动以将从属臂定位在适当位置以便使用。另外，用户可以被布置在平台上，使得用户可以直接看到且听到从属臂和从属臂在其中操作的工作空间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】遥控操作的机器人系统优先权数据本申请要求2011年12月20日提交的美国申请N0.13/332，165的权益，该美国申请通过引用整体并入这里。本申请还要求2011年4月29日提交的美国临时申请N0.61/481, HO的权益，该美国临时申请通过引用整体并入这里。本申请还要求以下美国临时申请的权益:2011年4月29日提交的N0.61/481，103 ;2011年4月29日提交的 N0.61/481,089 ；2011 年 4 月 29 日提交的 N0.61/481,099 ；2011 年 4 月 29 日提交的N0.61/481,095 ;和2011年4月29日提交的N0.61/481，091，这些美国临时申请的每一个通过引用整体并入这里。
技术介绍
由于不是安全的、高效的且/或节省成本的，从一个部位到另一部位升降和运输物体和物体通常具有相当大的问题。这些问题在一些行业和环境(例如，造船厂，仓库，军事部署场所等等)中可以被加重，其中，由于升降或运输辅助系统的不可用，需要手动完成物体或物体的所有的升降和/或运输，或者其中，通过至少一些辅助而完成物体的一部分升降和/或运输，但通过功能有限的可用的升降或运输辅助系统实现该辅助，因此使得其使用对于某些任务来说不实际或无效。当需要将物体从一个部位升降和/或运输到另一部位时将物体从一个部位升降和/或运输到另一部位的困难或者甚至没有能力这么做通常称为“升降间隙”，该学科被称为“间隙物流”。目前，存在数种与达到400磅的有效载荷关联的所谓的“升降间隙”，在公共、私人和军事环境中，该升降间隙具有相当大的问题和挑战。在许多情况中，经常需要物流人员以任何可能方式，有时借助笨拙的且无效的且/或低效率的辅助系统，并且有时在没有辅助的情况下手动地升降、运输或以其它方式操纵重的或大块的有效载荷。一种说明性例子在物流(例如，军事或其它类型的物流环境)中，该物流可以包括执行各种物体的移动、维护和支撑的学科。简而言之，物流可以包括材料和设备的获得、存储、分布、运输、维护、排空和准备的方面。无论什么环境，物流支撑人员经常面临升降和运输可能重达数百磅或更重的设备的挑战，因此引起重要的物流问题。就物流人员而言，移动这些可能需要巨大的努力，即使借助他们可用的有限功能辅助系统。当存在大量需要被升降和运输的物体时(特别地，每天)，存在另外挑战或问题，即使这些物体重量小于相对较重的物体。实际上，物流人员通常每天各升降和运输数百磅，有时在困难的地形上。此外，许多这些被手动地完成，不幸地导致多种骨科和其它损伤，以及人员流转的高速率。因此，需要一种系统，该系统可以被用户直观地操作，并且执行与将重的且/或大量的物体从一个部位升降和移动到另一部位关联的大多数(如果不是全部)工作。【附图说明】结合附图，根据以下描述和所附权利要求，本专利技术将变得更加明了。应当理解，这些附图仅仅描绘本专利技术的示例性实施例，因此它们不被认为限制本专利技术的范围。将容易地理解，如这里在图中概括描述且示出的本专利技术的部件可以以很多种不同构造被布置和设计。然而，将通过使用附图借助另外的特性和细节描述和说明本专利技术。图1是根据本公开的例子的遥控操作的机器人系统的透视图。图2A是根据本公开的例子的主控制臂的透视图。图2B是图2A的主控制臂的另一透视图。图2C是根据本公开的另一例子的主控制臂的透视图。图3A是图2A和2B的主控制臂的基座、第一支撑构件和第二支撑构件的透视图。图3B是图3A的基座、第一支撑构件和第二支撑构件的另一透视图。图4A是图2A和2B的主控制臂的第二支撑构件、第三支撑构件和第四支撑构件的透视图。图4B是图4A的第二支撑构件、第三支撑构件和第四支撑构件的另一透视图。图5A是图2A和2B的主控制臂的腕单元的透视图。图5B是图5A的腕单元的另一透视图。图5C是图5A和5B的腕单元的致动器、位置传感器和载荷传感器布置的透视图。图是图5C的致动器、位置传感器和载荷传感器布置的另一透视图。图6A是根据本公开的例子的从属臂的透视图。图6B是图6A的从属臂的另一透视图。图7A是图6A和6B的从属臂的基座、第一支撑构件和第二支撑构件的透视图。图7B是图7A的基座、第一支撑构件和第二支撑构件的另一透视图。图7C是根据本公开的例子的用来使致动器与伺服阀隔离的夹紧阀的液压示意图。图8A是图6A和6B的从属臂的第二支撑构件、第三支撑构件和第四支撑构件的透视图。图SB是图8A的第二支撑构件、第三支撑构件和第四支撑构件的另一透视图。图9A是图6A和6B的从属臂的第四支撑构件、第五支撑构件、第六支撑构件和第七支撑构件的透视图。图9B是图9A的第四支撑构件、第五支撑构件、第六支撑构件和第七支撑构件的另一透视图。图9C是图9A的第五支撑构件、第六支撑构件和第七支撑构件的透视图。图9D是与图9A的第四支撑构件和第五支撑构件之间的接头关联的致动器和连杆的剖视图。图1OA是根据本公开的例子的遥控操作的机器人系统的控制系统信号流的示意图。图1OB是图1OA的控制信号流的一个方面的示意图。图1OC是图1OA的控制信号流的另一方面的示意图。图1OD是图1OA的控制信号流的又一方面的示意图。图11是根据本公开的例子的动力系统的示意图。图12是根据本公开的例子的可动平台的透视图。图13是根据本公开的例子的主控制臂和从属臂连接到其上的图12的可动平台的透视图。图14是根据本公开的另一例子的可动平台的透视图。图15A示出根据本公开的例子的图14的可动平台的多方向轮转向控制装置。图15B示出根据本公开的另一例子的图14的可动平台的多方向轮转向控制装置。图15C示出根据本公开的又一例子的图14的可动平台的多方向轮转向控制装置。图1?示出根据本公开的又一例子的图14的可动平台的多方向轮转向控制装置。图15E示出根据本公开的例子的用于使遥控操作的机器人系统能够克服障碍物的可动系统的侧视图。图15F示出图15E的可动系统的后视图。图16是根 据本公开的另外例子的可动平台的侧视图。图17A是根据本公开的例子的具有第一平台和第二平台的遥控操作的机器人系统的透视图。图17B是图17A的遥控操作的机器人系统的侧视图。图17C是图17A的遥控操作的机器人系统的一部分的剖视侧视图。图18示出根据本公开的例子的相对于从属臂远程定位的位于卡机上的主控制臂。图19A示出根据本公开的例子的肩带与平台分开的可分离主控制臂。图19B示出根据本公开的例子的肩带连接到平台的可分离主控制臂。图19C示出根据本公开的例子的具有可分离主控制臂的平台的侧视图。图19D示出根据本公开的例子的具有可分离主控制臂的平台的后视图。图19E示出根据本公开的例子的腰带与平台分开的可分离主控制臂。图19F示出根据本公开的例子的具有三个从属臂和两个主控制臂的遥控操作的机器人系统。图20示出根据本公开的例子的可联接到从属臂的可分离且可互换的端部执行器。图21示出根据本公开的例子的端部执行器控制单元。图22示出根据本公开的例子的线性自由度端部执行器。图23是说明图，示出根据本公开的例子的在机器人臂上具有扫描装置的平台。图24是说明性顶视图，示出根据本公开的例子的具有保持物品的机器人臂的平台。图25是根据本公开的例子的机器人臂库存系统的说明性方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种遥控操作的机器人系统，所述遥控操作的机器人系统包括：主控制臂，所述主控制臂具有至少两个支撑构件，所述至少两个支撑构件在接头处联接在一起，以形成对应于人臂的肩、肘和腕之一的的自由度的自由度；从属臂，所述从属臂具有至少两个支撑构件，所述从属臂的至少两个支撑构件在接头处联接在一起，以形成对应于所述主控制臂的自由度的自由度；和可动平台，所述可动平台能够在地面处并在操作环境内操纵，所述可动平台适合于在操作区域内提供用户的机上支撑，从而便于所述主控制臂和所述可动平台中的至少一个的选择性操作，其中所述主控制臂和所述从属臂被共同地支撑在所述可动平台处，以提供可动遥控操作功能。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.29 US 61/481,110;2011.04.29 US 61/481,0991.一种遥控操作的机器人系统，所述遥控操作的机器人系统包括: 主控制臂，所述主控制臂具有至少两个支撑构件，所述至少两个支撑构件在接头处联接在一起，以形成对应于人臂的肩、肘和腕之一的的自由度的自由度； 从属臂，所述从属臂具有至少两个支撑构件，所述从属臂的至少两个支撑构件在接头处联接在一起，以形成对应于所述主控制臂的自由度的自由度；和 可动平台，所述可动平台能够在地面处并在操作环境内操纵，所述可动平台适合于在操作区域内提供用户的机上支撑，从而便于所述主控制臂和所述可动平台中的至少一个的选择性操作，其中所述主控制臂和所述从属臂被共同地支撑在所述可动平台处，以提供可动遥控操作功能。2.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，还包括主/从关系滤波功能元件，所述主/从关系滤波功能元件对所述主控制臂和从属臂中的至少一个的感应运动引起的频率进行滤波，并且减少传播通过所述可动平台的运动反馈。3.根据权利要求2所述的遥控操作的机器人系统，其中，所述主/从关系滤波功能元件对交叉命令进行滤波，以使由主支撑模式与从属支撑模式和环境模式中的至少一个之间的关联引起的振荡最小化。4.根据权利要求2所述的遥控操作的机器人系统，其中，所述主/从关系滤波功能元件通过减小所识别的结构模式频率下出现的命令的增益、并且引入所识别的结构模式频率下的相位超前而减弱所识别的结构模式频率下的振荡。5.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，其中，所述可动遥控操作功能还便于实现所述从属臂在其中操作的动态的且可动的操作区域以及所述主控制臂在其中操作的可动操作区域。6.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，其中，所述主控制臂包括由多个支撑构件形成的多个接头，以便于至少五个自由度中的运动。7.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，其中，所述从属臂包括由多个支撑构件形成的多个接头，以便于至少五个自由度中的运动。8.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，其中，所述从属臂成比例地匹配所述主控制臂的位置。9.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，其中，所述从属臂中的载荷被所述主控制臂的致动器成比例地再现。10.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，其中，操作区域的位置边界被设定并且可由用 户调节，以将所述操作区域限制到小于所述从属臂可抵达的区域。11.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，其中，所述从属臂的运动范围被选择性地限制，以禁止所述从属臂延伸超过极限。12.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，还包括力反馈功能，其中所述从属臂上的载荷传感器提供载荷信息，所述载荷信息被传递到所述主控制臂，其中所述主控制臂还包括至少一个致动器，并且其中所述致动器致动所述主控制臂以施加成比例的载荷到所述用户。13.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，还包括轻拍响应功能，其中当所述从属臂接触物体时力反馈通过所述主控制臂被提供到所述操作者，以使所述操作者能够感测所述从属臂何时接触所述物体，所述轻拍响应功能基于从属载荷值的衍生值。14.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，还包括重力补偿功能元件，其中在所述主控制臂的自由度处设置补偿扭矩，所述重力补偿功能元件补偿重力在所述主控制臂上的影响。15.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，还包括重力补偿功能元件，其中在所述从属臂的自由度处设置补偿扭矩，所述重力补偿功能元件补偿重力在所述从属臂上的影响。16.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，还包括动力源，所述动力源被支撑在所述可动平台处，以便为所述主控制臂和所述从属臂中的至少一个提供动力。17.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，还包括座位，所述座位位于操作区域内以支撑就座位置中的用户。18.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，其中，所述可动平台还包括从属臂接纳通道，其中当不操作时所述从属臂的至少一部分被接纳在所述从属臂接纳通道中。19.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，其中，所述从属臂可折叠在所述平台处，以将所述机器人系统构造成紧凑的且可运输的构造。20.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，其中，所述可动平台还包括多方向系统，所述多方向系统用来为用户提供多个自由度，以在所述地面处操纵和移动所述可动平台，所述多方向系统包括至少三个轮，所述至少三个轮提供彼此独立的方向取向。21.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，其中，所述可动平台包括可连接到拖载车辆的拖车平台。22.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，还包括感测设备，所述感测设备被支撑在所述主控制臂、所述从属臂和所述可动平台中的任何一个处，以辅助用户收集关于操作环境和所述操作区域内的信息。23.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，还包括端部执行器，所述端部执行器联接到所述从属臂，并且被构造用来与物体相接，并且操纵所述物体。24.根据权利要求23所述的遥控操作的机器人系统，其中，所述端部执行器以可移除的方式联接到所述从属臂，并且其中所述端部执行器能够与另一端部执行器互换。25.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，其中，所述主控制臂还包括用户可接近的端部执行器控制单元，所述端部执行器控制单元用于操作和控制所述端部执行器。26.根据权利要求1所述的遥控操作的机器人系统，其中，所述从属臂的支撑构件由基于板的结构元件构造。27.—种在遥控操作的机器人系统内可操作的平台，所述平台包括: 基座； 支撑系统，所述支撑系统用于便于支撑主控制臂和从属臂中的至少一个； 动力系统，所述动力系统便于为所述主控制臂和从属臂中的至少一个提供动力； 控制系统，所述控制系统用于控制所述主控制臂和从属臂中的至少一个的操作。28.根据权利要求27所述的平台，其中，所述平台包括可动平台，所述可动平台包括: 驱动系统，所述驱动系统能够与所述基座一起操作，以便于在地面处的运动， 其中，所述动力系统包括用于为所述平台提供动力的机上动力系统，并且其中，所述控制系统包括便于所述平台的操作的机上控制系统。29.根据权利要求28所述的平台，还包括将用户支撑在所述可动平台上的操作区域，所述操作区域便于所述主控制臂和所述可动平台中的至少一个的操作。30.根据权利要求27所述的平台，其中，所述支撑系统包括主控制臂支撑系统。31.根据权利要求30所述的平台，其中，所述主控制臂支撑系统包括: 被支撑在所述平台处并且从所述平台延伸的至少一个支撑构件，所述支撑构件适合于支撑且定位所述主控制臂，以便于所述主控制臂的用户操作；和 联接装置，所述联接装置用于将所述支撑构件固定到所述平台，并且将所述主控制臂固定到所述支撑构件。32.根据权利要求27所述的平台，其中，所述支撑系统包括从属臂支撑系统。33.根据权利要求32所述的平台，其中，所述支撑系统包括: 至少一个支撑构件，所述至少一个支撑构件固定到所述平台的基座；和 联接装置，所述联接装置用于将所述至少一个支撑构件固定到所述平台的基座，并且将所述从属臂固定到所述至少一个支撑构件。34.根据权利要求27所述的平台，还包括从属臂接纳通道，所述从属臂接纳通道被构造用来当所述从属臂不使用时以套接布置接纳所述从属臂的至少一部分，所述从属臂被操纵成位于所述平台处的存放构造。35.根据权利要求28所 述的平台，其中，所述驱动系统包括驱动元件，所述驱动元件选自由轨道、轮、轨和这些部件的任意组合组成的组。36.根据权利要求28所述的平台，还包括多方向系统，所述多方向系统便于所述平台在多个自由度中的运动，所述多方向系统包括: 驱动系统，所述驱动系统具有呈轮的形式的多个驱动元件， 其中，所述轮中的每一个轮彼此独立地相对于所述平台旋转。37.一种在遥控操作的机器人系统内用来控制从属臂的运动的主控制臂，所述主控制臂包括: 至少两个支撑构件，所述至少两个支撑构件在接头处联接在一起，以提供对应于人臂的肩、肘和腕之一的自由度的自由度； 与所述接头关联的位置传感器，所述位置传感器测量所述至少两个支撑构件在所述自由度下的位置值； 与所述接头关联的第一载荷传感器，所述第一载荷传感器测量所述自由度中的第一载荷值，其中基于所述位置值和所述第一载荷值中的至少一个操纵所述从属臂的对应接头； 与所述自由度关联的第二载荷传感器，所述第二载荷传感器测量用户施加的载荷的第二载荷值；和 致动器，所述致动器联接到所述至少两个支撑构件，以至少部分地基于所述第二载荷值施加载荷到所述至少两个支撑构件。38.根据权利要求37所述的主控制臂，其中，所述第二载荷传感器位于用户接口装置处，所述用户接口装置操作性地联接到所述主控制臂。39.根据权利要求37所述的主控制臂，其中，基于所述位置值和所述第一载荷值中的至少一个借助于所述从属臂以1:1的比率操纵所述从属臂的接头。40.一种主控制臂，所述主控制臂具有多个自由度，并且能够在遥控操作的机器人系统内操作，以控制从属臂的运动，所述主控制臂包括: 多个支撑构件，所述多个支撑构件在多个接头处联接在一起，从而具有至少一个自由度； 与所述接头中的每一个接头关联的位置传感器，所述位置传感器检测所述主控制臂在每一个自由度下的位置改变； 与所述接头中的每一个接头关联的载荷传感器，所述载荷传感器测量所述至少一个自由度中的载荷，并且提供所述至少一个自由度的载荷数据； 用户接口装置，所述用户接口装置具有从所述接头偏置的至少一个载荷传感器，所述至少一个载荷传感器测量由用户施加到所述用户接口装置的载荷，并且提供所述至少一个自由度的、除了来自与所述至少一个自由度关联的所述载荷传感器的载荷数据外的载荷数据；和 扭矩辅助功能元件，所述扭矩辅助功能元件利用来自所述用户接口装置的载荷传感器的载荷数据，以便于响应于由用户施加到所述主控制臂的载荷而促进所述主控制臂的被致动的运动，并且所述扭矩辅助功能元件减小移动所述主控制臂所必须的力。41.根据权利要求40所述的主控制臂，其中，所述用户接口装置包括联接到所述主控制臂的臂支撑件，所述 臂支撑件将与所述用户接口装置关联的所述载荷传感器定位成接近用户的前臂。42.根据权利要求40所述的主控制臂，其中，所述用户接口装置包括连接到所述主控制臂的把手，所述把手将与所述用户接口装置关联的所述载荷传感器定位成接近用户的手和腕。43.根据权利要求40所述的主控制臂，其中，来自与所述用户接口装置关联的所述载荷传感器的载荷数据与来自与所述至少一个自由度关联的所述载荷传感器的载荷数据结合，以提高用户操纵和操控所述主控制臂的能力。44.根据权利要求40所述的主控制臂，其中，所述扭矩辅助功能元件不足以克服所述主控制臂中的反馈力。45.根据权利要求40所述的主控制臂，其中，所述扭矩辅助功能元件便于所述主控制臂沿用户施加到所述主控制臂的载荷的方向的被致动的运动。46.一种遥控操作的机器人系统，所述遥控操作的机器人系统包括: 平台； 从属臂；和 主控制系统，所述主控制系统包括框架构件和被支撑在所述框架构件处的至少一个主控制臂，其中所述主控制系统以可移除的方式联接到所述平台，以便于相对于所述平台对所述从属臂进行选择性机上机下用户控制。47.根据权利要求46所述的遥控操作的机器人系统，还包括可穿戴设备，所述可穿戴设备可结合所述框架构件操作，用于将所述框架构件和所述主控制臂固定在用户附近的功能位置中。48.根据权利要求46所述的遥控操作的机器人系统，其中，用于所述主控制臂的所述平台同时支撑所述主控制臂和所述从属臂。49.根据权利要求46所述的遥控操作的机器人系统，其中，所述平台包括可动平台，所述可动平台能够在地面处并在操作环境内操纵，其中所述主控制臂和所述从属臂分别被支撑在所述可动平台处以提供可动遥控操作功能。50.一种遥控操作的机器人系统，所述遥控操作的机器人系统包括: 三个从属臂； 第一主控制臂，所述第一主控制臂被构造用来控制所述三个从属臂中的至少一个；第二主控制臂，所述第二主控制臂被构造用来控制三个从属臂中的至少一个；和控制模块，所述控制模块便于用户确定至少三个从属臂中的哪些要由所述第一主控制臂和第二主控制臂控制。51.一种遥控操作的机器人系统，所述遥控操作的机器人系统包括: 可动平台，所述可动平台包括:相对于支撑表面可动的第一平台，和联接到所述第一平台并且相对于所述第一平台可动的第二平台， 其中所述第二平台操作以支撑能由主控制臂控制的机器人从属臂。52.根据权利要求51所述的遥控操作的机器人系统，还包括被支撑在所述第二平台处的主控制臂，由此实现可动遥控操作功能。53.根据权利要求51所述的遥控操作的机器人系统，其中，所述第一平台包括车辆式可动平台。54.根据权利要求51所述的遥控操作的机器人系统，其中，所述第一平台包括轨系统，所述轨系统支撑并且便于所述第二平台在所述第一平台处上的运动。55.根据权利要求54所述的遥控操作的机器人系统，其中，所述第二平台包括基座，所述基座接合所述第一平台的轨并且沿所述第一平台的轨移动，所述基座能够由用户控制。56.根据权利要求55所述的遥控操作的机器人系统，其中，所述主控制臂和所述从属臂被支撑在所述基座处，每一个能够随着所述第一平台在所述第二平台上移动。57.一种升降装置，所述升降装置包括: 平台； 固定臂，所述固定臂在第一端部上具有钝齿，所述固定臂在第二端部处联接到所述平台； 支架，所述支架具有第一端部和第二端部，所述支架的第一端部围绕枢转点以可旋转的方式联接到所述固定臂的第一端部； 致动器，所述致动器联接到所述平台和所述支架，以便使所述支架绕所述枢转点旋转； 升降齿轮，所述升降齿轮联接到所述支架的第二端部； 中心齿轮，所述中心齿轮将所述升降齿轮联接到所述固定臂的第一端部上的钝齿；和联接到所述升降齿轮的带键的升降滑架，其中，当所述升降齿轮旋转时，所述带键的升降滑架维持水平位置。58.一种折叠升降装置，所述折叠升降装置包括: 平台； 以可旋转的方式连接到所述平台的柱，其中所述柱能够从竖直位置旋转到所述平台上的折叠位置；以可滑动的方式连接到所述柱的滑架，其中所述滑架能够沿所述柱滑动；和致动器，所述致动器联接到所述平台和所述柱以使所述柱在竖直位置和折叠位置之间旋转。59.一种遥控操作的机器人系统，所述遥控操作的机器人系统包括: 主控制臂，所述主控制臂具有: 至少两个支撑构件，所述至少两个支撑构件在接头处联接在一起，以形成对应于人臂的肩、肘和腕之一的自由度的自由度； 与所述接头关联的位置传感器，所述位置传感器测量所述至少两个支撑构件在所述自由度下的位置值； 与所述接头关联的第一载荷传感器，所述第一载荷传感器测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·C·雅各布森，F·M·史密斯，J·麦卡洛，小格伦·E·科尔文，W·斯克罗吉恩，M·X·奥利维尔，
申请(专利权)人：雷斯昂公司，
类型：
国别省市：