一种全视角远程操作主从机器人手臂系统

摘要

本发明涉及远程操作机器人技术领域，具体涉及到一种全视角远程操作主从机器人手臂系统，包括操作装置、执行装置、监视装置、控制装置，所述操作装置包括工作台和主操作杆，所述主操作杆设置在工作台上，所述执行装置包括移动车载平台、从动机械臂和执行器，所述从动机械臂设置在移动车载平台上，所述执行器设置在从动机械臂上，所述监视装置包括监视相机和监视屏幕。本发明包括操作装置和执行装置，操作装置远程控制执行装置活动，并且配套监视装置，可以远程清晰观察，以较好的控制执行装置活动，可以远程完成较为复杂的操作任务；本发明通过主操作杆远程操控从动机械臂活动，进而带动执行器活动，使操作者具有较好的临场操作感。

说明书

技术领域

本发明涉及远程操作机器人技术领域，具体涉及到一种全视角远程操作主从机器人手臂系统。

背景技术

当前，主从臂机器人正逐渐成为远程随动机器人研究中的一个热门研究领域。由于其特殊的机构设计及机器人技术的引入，远程主从臂机器人可克服传统机器人只能近距离编程的运动局限，极大地拓展机器人的应用范围，让操作者实现对远程设备的操控和维保等任务，进而充分发挥传统机器人手臂的的优势。利用先进的远程主从机器人手臂控制技术，不仅进一步提高了远程控制操作的质量和安全性，而且扩展了传统机械臂的应用范围，使得远程主从操控机器人系统得到了越来越多的关注。随着人们远程维保质量要求的增高和对于更加便利的操控体验要求，远程主从操控机器人在未来的工业应用中必将具有更加广阔的应用前景。

在主从臂机器人系统操控过程中，操作者主要通过主从式遥操作杆实施远程操控，即操作者只需要坐在主控制台旁，双手握住主操作杆手完成各种远程工业维修动作、或者危险环境作业操作。

如申请号为CN202010958532.1的专利中公开了一种机械臂主从控制系统，包括从臂和主臂，主臂和从臂之间连接有主从控制系统,从臂包括上臂部分和前臂部分，上臂部分包括肩部偏转轴关节、肩部俯仰轴关节和肘部俯仰轴关节，前臂部分主要包括腕部俯仰轴关节、腕部偏转轴关节和腕部回转轴关节，主臂包括基座、肩关节、大臂关节、小臂关节、肘关节、手腕关节、手柄握把和伺服舵机，主从控制系统包括主臂驱控机箱、控制显示单元和从臂控制模块。本发明可以实现复杂的主臂信号传递，具有多个自由度和多个开关按钮信号。

现有技术的主从臂机器人系统存在着控制距离不够远的问题，只能在目测范围内实施作业，对于操作者的视力的判断力提出了较高的要求，即使这样，在光线和外界复杂的工况下，操作者也会发生误判，造成操作失误。操作者容易无意识地过度移动从机械手，导致尖锐的执行器与操作目标生擦碰，对其造成意外损坏，即使有远程操作的案例，但是依旧存在着操作者对于现场的体感和识别认知比较差，依旧不能像身临其境的那种操作体验，无法实时多角度观测监控从动机械臂动作，无法完成较为精确的操作动作。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种全视角远程操作主从机器人手臂系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种全视角远程操作主从机器人手臂系统，包括操作装置、执行装置、监视装置、控制装置，所述操作装置包括工作台和主操作杆，所述主操作杆设置在工作台上，所述执行装置包括移动车载平台、从动机械臂和执行器，所述从动机械臂设置在移动车载平台上，所述执行器设置在从动机械臂上，所述主操作杆对从动机械臂进行远程控制以使从动机械臂驱动执行器活动，所述监视装置包括监视相机和监视屏幕，所述监视相机设置在执行装置上，用于从若干视角拍摄执行装置执行作业的图像，所述监视屏幕设置在工作台上，用于显示监视相机拍摄的图像，所述控制装置分别与操作装置、执行装置和监视装置连接并对操作装置、执行装置和监视装置进行控制。

进一步的，所述监视相机包括全局相机，所述全局相机设置在移动车载平台上。

进一步的，所述移动车载平台上设置有支撑杆，所述支撑杆用于支撑全局相机。

进一步的，所述支撑杆上设置有俯仰电机，所述俯仰电机用于驱动全局相机绕水平轴线转动，所述控制装置与俯仰电机电路连接。

进一步的，所述支撑杆上设置有旋转电机，所述旋转电机用于驱动全局相机绕竖直轴线转动，所述控制装置与旋转电机电路连接。

进一步的，所述监视相机包括执行器相机，所述执行器相机设置在执行器上方。

进一步的，所述主操作杆与从动机械臂互为等比例的同构结构，所述主操作杆与从动机械臂的活动动作相协同。

进一步的，所述移动车载平台的底部设置有若干驱动全向轮，所述驱动全向轮用于驱动移动车载平台移动，所述驱动全向轮与控制装置电路连接。

进一步的，所述控制装置包括电路连接的操作端控制系统和执行端控制系统，所述操作端控制系统设置在操作装置上，所述执行端控制系统设置在执行装置上。

进一步的，所述操作端控制系统和执行端控制系统之间兼容有线连接和无线信号连接两种连接模式。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明的全视角远程操作主从机器人手臂系统至少具有以下有益效果之一：

1、本发明的全视角远程操作的主从机器人手臂系统，包括操作装置和执行装置，操作装置远程控制执行装置活动，并且配套监视装置，可以远程清晰观察，以较好的控制执行装置活动，可以远程完成较为复杂的操作任务。

2、本发明的全视角远程操作的主从机器人手臂系统，操作者通过主操作杆远程操控从动机械臂活动，进而带动执行器活动，使操作者具有较好的临场操作感，确保操作的准确性。

3、本发明的全视角远程操作的主从机器人手臂系统，执行装置上设有两级视觉监视系统，分别是全局相机和执行器相机，使操作者可从全局视角和执行器视角来观察从动机械臂的活动，更加准确的确定操作位置，完成精细的操作任务。

4、本发明的全视角远程操作的主从机器人手臂系统，执行装置具有可以全向移动的移动车载平台，可以接收远程控制信号，实现旋转、前进后退、等活动，以实现整个执行装置可以灵活变换位置，更加准确接近待操作的目标。

附图说明

图1为本发明优选实施例中执行装置端的结构示意图；

图2为本发明优选实施例中操作装置端的结构示意图；

图3为图1的A处放大图；

附图标记：1、操作装置；2、执行装置；3、监视装置；11、工作台；12、主操作杆；21、移动车载平台；22、从动机械臂；23、执行器；24、驱动全向轮；31、监视相机；32、监视屏幕；33、支撑杆；34、俯仰电机；35、旋转电机；311、全局相机；312、执行器相机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1-3所示，本发明的优选实施例，一种全视角远程操作主从机器人手臂系统，包括操作装置1、执行装置2、监视装置3、控制装置，所述操作装置1包括工作台11和主操作杆12，所述主操作杆12设置在工作台11上，所述执行装置2包括移动车载平台21、从动机械臂22和执行器23，所述从动机械臂22设置在移动车载平台21上，所述执行器23设置在从动机械臂22上，所述主操作杆12对从动机械臂22进行远程控制以使从动机械臂22驱动执行器23活动，所述监视装置3包括监视相机31和监视屏幕32，所述监视相机31设置在执行装置2上，用于从若干视角拍摄执行装置2执行作业的图像，所述监视屏幕32设置在工作台11上，用于显示监视相机31拍摄的图像，所述控制装置分别与操作装置1、执行装置2和监视装置3连接并对操作装置1、执行装置2和监视装置3进行控制。

本发明的全视角远程操作的主从机器人手臂系统包括操作装置1和执行装置2，操作装置1远程控制执行装置2活动，并且配套监视装置3，可以远程清晰观察，以较好的控制执行装置2活动，可以远程完成较为复杂的操作任务；操作者通过主操作杆12远程操控从动机械臂22活动，进而带动执行器23活动，使操作者具有较好的临场操作感，确保操作的准确性；执行装置2上设有两级视觉监视系统，分别是全局相机311和执行器相机312，使操作者可从全局视角和执行器23视角来观察从动机械臂22的活动，更加准确的确定操作位置，完成精细的操作任务；执行装置2具有可以全向移动的移动车载平台21，可以接收远程控制信号，实现旋转、前进后退、等活动，以实现整个执行装置2可以灵活变换位置，更加准确接近待操作的目标。

作为本发明的优选实施例，其还可具有以下附加技术特征：

在本实施例中，所述监视相机31包括全局相机311，所述全局相机311设置在移动车载平台21上。通过在移动车载平台21上设置全局相机311，以便通过全局相机311观察整个从动机械臂22所处的位置以及活动情况，以更好的远程控制执行装置2活动至操作位置。

在本实施例中，所述移动车载平台21上设置有支撑杆33，所述支撑杆33用于支撑全局相机311。在移动车载平台21上设置支撑杆33，通过支撑杆33对全局相机311进行支撑，提升全局相机311的高度，以获得较好的拍摄视野。

在本实施例中，所述支撑杆33上设置有俯仰电机34，所述俯仰电机34用于驱动全局相机311绕水平轴线转动，所述控制装置与俯仰电机34电路连接。在支撑杆33上设置俯仰电机34，操作员通过控制俯仰电机34来驱动全局相机311绕水平轴线转动，以便在水平方向调整全局相机311的视角，更好的操控执行装置2。

在本实施例中，所述支撑杆33上设置有旋转电机35，所述旋转电机35用于驱动全局相机311绕竖直轴线转动，所述控制装置与旋转电机35电路连接。在支撑杆33上设置旋转电机35，操作员通过控制旋转电机35来驱动全局相机311绕竖直轴线转动，以便在竖直方向调整全局相机311的视角，更好的操控执行装置2。

在本实施例中，所述监视相机31包括执行器相机312，所述执行器相机312设置在执行器23上方。在执行器23的上方设置执行器相机312，通过执行器相机312拍摄执行器23视角的图像，以便更精准的完成操作任务。

在本实施例中，所述主操作杆12与从动机械臂22互为等比例的同构结构，所述主操作杆12与从动机械臂22的活动动作相协同。主操作杆12与从动机械臂22互为等比例的同构结构，基于全视角手眼协调准则来设计同构结构，等比例保证了主从操作手之间的空间运动映射关系，主操作杆12与从动机械臂22的活动动作相协同即操作杆移动的角度，动作会等比例映射到到从动操作臂上，实现精确操作任务，以使得操作者在遥操作过程中所观察到的从动执行机械臂的运动始终完全符合其主观感受，从而最大程度地保证遥操作的临场感。

在本实施例中，所述移动车载平台21的底部设置有若干驱动全向轮24，所述驱动全向轮24用于驱动移动车载平台21移动，所述驱动全向轮24与控制装置电路连接。通过在移动车载平台21的底部设置驱动全向轮24，驱动全向轮24接收远程控制信号，实现移动车载平台21的旋转、前进后退和侧向移动等多种组合动作，以实现整个执行装置2可以变换位置，更加准确接近待操作的目标，使用也更为灵活。

在本实施例中，所述控制装置包括电路连接的操作端控制系统和执行端控制系统，所述操作端控制系统设置在操作装置1上，所述执行端控制系统设置在执行装置2上。在操作装置1上设置操作端控制系统，通过操作端控制系统连接位于操作端的主操作杆12和监视屏幕32，在执行装置2上设置执行端控制系统，通过执行端控制系统连接位于执行端的监视相机31、移动车载平台21、从动机械臂22和执行器23，建立操作端控制系统和执行端控制系统的远程连接，以通过控制装置对操作装置1、执行装置2和监视装置3建立相应的信号连接。

在本实施例中，所述操作端控制系统和执行端控制系统之间兼容有线连接和无线信号连接两种连接模式。操作端控制系统和执行端控制系统之间具有有线传输和无线信号传输两种模式，可以兼容近距离控制和无线远程操控，例如互联网通讯传输，也可以完成远程实时的操控任务。

在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。