專利名稱：一種帶有攝像機的遙操作雙邊控制模擬裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉 及一種帶有攝像機的遙操作雙邊控制模擬裝置，屬于機器人技術領域。
背景技術：
遙操作是通過通信網絡遠程控制操作臂進行作業(yè)的技術，主要應用于人類難以到 達，或者有毒的工作環(huán)境中，比如空間任務、深海作業(yè)、核處理、遠程醫(yī)療等領域。自20世紀 80年代以來，美國、俄羅斯、德國、日本以及中國等紛紛開展了遙操作技術的相關研究。在針 對遙操作技術的研究中，很多學者都在努力提高遙操作系統(tǒng)的臨場感，以便提高遙操作性 能，使操作者具有身臨其境的感覺。臨場感包括視覺臨場感和力覺臨場感兩類。具有力覺臨場感的遙操作技術為操作 者提供了良好的觸覺接口，可以使操作者真實的感受到遠程操作臂與目標的接觸狀態(tài)，極 大的提高了操作者對作業(yè)現場的掌握程度。具有力覺臨場感的遙操作技術經過幾十年的發(fā) 展，已經被逐漸地應用于人們難以靠近的高溫、高壓、強輻射、窒息等極限環(huán)境。在具有力覺 臨場感的遙操作系統(tǒng)中，主端控制從端運動，同時從端將受到的接觸力反饋給主端，形成了 主、從端之間相互控制的現象，這種控制方式稱為雙邊控制。對于傳統(tǒng)的雙邊控制系統(tǒng)，只有從端操作臂接觸到遠程作業(yè)環(huán)境時，作業(yè)環(huán)境才 會對從端操作臂產生接觸力，并最終由主端操作臂將該力反饋給操作者。而遙操作系統(tǒng)中 一般存在雙向時延，當操作者感受到從端的接觸力并發(fā)出正確的操作指令，等該指令到達 從端操作臂時，從端操作臂可能已經與作業(yè)環(huán)境發(fā)生了嚴重碰撞。為了克服時延帶來的這 些問題，可以將從端操作臂與目標之間的距離作為參考量，將其變換成主端操作臂的反饋 力，當從端操作臂遠離目標時，反饋力很小，甚至為零；當從端操作臂靠近目標時，反饋力逐 漸增大；當從端操作臂接觸到作業(yè)環(huán)境時，主端產生很大的反饋力。另外，對于復雜的遙操作任務，很難用一個操作臂完成作業(yè)任務，常常需要兩個操 作臂進行協同作業(yè)。對于這種兩臂協同作業(yè)的模式，可以采用結構、大小、重量等不同的兩 個操作臂，其中一個操作臂作為主操作臂，另一個作為輔助操作臂；也可以采用兩個完全相 同的操作臂，兩臂之間沒有主、次之分，相互協作完成等量的作業(yè)任務?，F有的雙邊控制實驗裝置都直接反饋從端操作臂遇到的接觸力，由于雙邊控制系 統(tǒng)的主、從端之間一般具有傳輸時延，因此操作者感受到的力反饋是滯后的，容易引起從端 操作臂與環(huán)境的嚴重碰撞。現有的雙邊控制實驗裝置一般都是由兩個操作臂組成的，其中一個作為主端操作 臂，另一個作為從端操作臂，這種只有兩個操作臂的雙邊控制系統(tǒng)無法驗證雙臂協調作業(yè) 的實驗。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出一種帶有攝像機的遙操作雙邊控制模擬裝置，改變已有雙邊 控制裝置的結構，通過攝像機采集的視頻信息，分析從端操作臂與目標的距離信息，并采用雙臂協調控制技術，克服現有雙邊控制裝置存在的不足，以用于雙邊控制理論的實驗驗證， 可以作為高等院校和科研院所的教學、科研器材。本發(fā)明提出的帶有攝像機的遙操作雙邊控制模擬裝置，包括基座、四組轉動機構、 第一主端操作臂、第二主端操作臂、第一從端操作臂、第二從端操作臂和攝像機；所述的四 組轉動機構中的兩組通過電機支架固定在基座的一側，四組轉動機構中的另兩組通過電機 支架固定在基座的另一側，每組轉動機構由編碼器、力矩電機和連接件組成，編碼器與力矩 電機相對固定，連接件的一端與力矩電機聯動；第一主端操作臂和第二主端操作臂分別固 定在所述的基座一側兩組轉動機構中的連接件的另一端，第一從端操作臂和第二從端操作 臂分別固定在所述的基座另一側兩組轉動機構中的連接件的另一端；所述的攝像機通過攝 像機支架固定在基座的另一側，使攝像機處于第一從端操作臂和第二從端操作臂的上方。本發(fā)明提出的帶有攝像機的遙操作雙邊控制模擬裝置，與已有的雙邊控制實驗裝 置相比，采用攝像機拍攝到的視頻信息，可以實時檢測從端操作臂與目標的距離，以該距離 的遠近作為反饋力的依據，可以有效克服時延對雙邊控制系統(tǒng)帶來的影響。其次，本發(fā)明的 遙操作雙邊控制模擬裝置具有四個獨立的單自由度操作臂，其中兩個為主端操作臂，另外 兩個為從端操作臂，每個主端操作臂控制對應的從端操作臂運動，可以進行雙臂協調雙邊 控制實驗。


圖1為本發(fā)明提出的帶有攝像機的遙操作雙邊控制模擬裝置的結構示意圖。圖1中，1是基座，2是電機支架，3是力矩電機，4是編碼器，5是連接件，6是第一 主端操作臂，7是第二主端操作臂，8是第一從端操作臂，9是第二從端操作臂，10是攝像機 支架，11是攝像機。
具體實施例方式本發(fā)明提出的帶有攝像機的遙操作雙邊控制模擬裝置，其結構如圖1所示，包括 基座1、四組轉動機構、第一主端操作臂6、第二主端操作臂7、第一從端操作臂8、第二從端 操作臂9和攝像機11。四組轉動機構中的兩組通過電機支架2固定在基座1的一側，四組 轉動機構中的另兩組通過電機支架2固定在基座1的另一側。每組轉動機構由編碼器4、力 矩電機3和連接件5組成，編碼器4與力矩電機3相對固定，連接件5的一端與力矩電機聯 動。第一主端操作臂6和第二主端操作臂7分別固定在基座1一側兩組轉動機構中的連接 件5的另一端，第一從端操作臂8和第二從端操作臂9分別固定在基座1的另一側兩組轉 動機構中的連接件5的另一端。攝像機11通過攝像機支架10固定在基座1的另一側，并 使攝像機11處于第一從端操作臂8和第二從端操作臂9的上方。本發(fā)明提出的帶有攝像機的遙操作雙邊控制模擬裝置的一個實施例中，所用的力矩電機為由北京勇光高特微電機有限公司生產的的70LY53力矩電機，所用的編碼器為由 北京勇光高特微電機有限公司生產的HXK-3808光電編碼器，所用的攝像機為Watec公司生 產的WAT-250D彩色攝像機。本發(fā)明提出的帶有攝像機的遙操作雙邊控制模擬裝置，其工作原理如下(1)進行基于攝像機的雙邊控制實驗。
此實驗中只使用兩個操作臂，選擇任意一個主端操作臂和一個從端操作臂都可以進行實驗。實驗時，操作者拉動主端操作臂運動，控制從端操作臂進行相應的運動，同時根 據攝像機拍攝的視頻信息分析從端操作臂與目標之間的距離信息，主端電機產生相應的阻 力。(2)進行兩操作者雙臂協調雙邊控制實驗。此實驗中不使用攝像機。實驗時，兩個操作者分別拉動兩個主端操作臂，驅動相應 從端操作臂運動。同時根據運動幅度的大小，主端電機產生相應的阻力。(3)進行單操作者雙臂協調雙邊控制實驗。此實驗中不使用攝像機，兩個主端操作臂中任意選用其中的一個進行實驗。實驗 時，操作者拉動主端操作臂，驅動兩個從端操作臂運動。同時，將兩個從端操作臂運動幅度 的大小按照一定的比例合成為一個總的運動量，主端電機再根據這個總運動量產生相應的 阻力。
權利要求
一種帶有攝像機的遙操作雙邊控制模擬裝置，其特征在于該裝置包括基座、四組轉動機構、第一主端操作臂、第二主端操作臂、第一從端操作臂、第二從端操作臂和攝像機；所述的四組轉動機構中的兩組通過電機支架固定在基座的一側，四組轉動機構中的另兩組通過電機支架固定在基座的另一側，每組轉動機構由編碼器、力矩電機和連接件組成，編碼器與力矩電機相對固定，連接件的一端與力矩電機聯動；第一主端操作臂和第二主端操作臂分別固定在所述的基座一側兩組轉動機構中的連接件的另一端，第一從端操作臂和第二從端操作臂分別固定在所述的基座另一側兩組轉動機構中的連接件的另一端；所述的攝像機通過攝像機支架固定在基座的另一側，使攝像機處于第一從端操作臂和第二從端操作臂的上方。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有攝像機的遙操作雙邊控制模擬裝置，屬于機器人技術領域。包括基座、四組轉動機構、第一主端操作臂、第二主端操作臂、第一從端操作臂、第二從端操作臂和攝像機。四組轉動機構分別固定在基座上。第一主端操作臂和第二主端操作臂分別固定在基座一側轉動機構的連接件上，第一從端操作臂和第二從端操作臂分別固定在基座另一側轉動機構的連接件上。攝像機固定在基座上，并處于第一從端操作臂和第二從端操作臂的上方。本發(fā)明的模擬裝置，可有效克服時延對雙邊控制系統(tǒng)帶來的影響，可以進行雙臂協調雙邊控制實驗。
文檔編號B25J19/00GK101863027SQ20101017677
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權日2010年5月14日
發(fā)明者劉華平, 孫富春, 李永明, 王?；? 胡來紅 申請人:清華大學