[发明专利]基于Kinect的空间遥操作机器人的控制系统及其方法

权利要求书

1.基于Kinect的空间遥操作机器人的控制系统，包括客户端和服务端，客户端和服务端通过网络连接；其特征在于，所述客户端包括手控器、控制计算机、显示器，所述控制计算机连接手控器和显示器；所述服务端包括机械臂、图像采集模块、远程控制计算机、机器人控制箱，所述远程控制计算机连接图像采集模块和机器人控制箱；所述机器人控制箱连接机械臂；其中，所述图像采集模块包括Kinect三维传感器、工业摄像头。

2.根据权利要求1所述的基于Kinect的空间遥操作机器人的控制系统，其特征在于，所述图像采集模块实现三维场景的重建；所述三维场景的重建包括构建本地虚拟机械臂模型、本地虚拟场景模型、本地虚拟合成界面模型；

所述本地虚拟机械臂模型构建方法是，控制信号传递给远程的机械臂时存在时延T1，远程的机械臂在接受到信号做出动作改变了状态之后的姿态信息传递回去存在时延T2；姿态信息和本地的虚拟模型的状态存在T1+T2的时延的误差，虚拟出一个时延T3=T1+T2进行补偿，然后两者的在时延相等的情况下的数据计算出误差，并加上T3后对当前的虚拟机械臂进行修正，使当前的模型更加接近现场的机械臂；

所述本地虚拟场景构建模型方法是，Kinect三维传感器采集回来的虚拟图像传递到本地控制计算机存在时延T，虚拟一个时延T'=T进行补偿，然后两者的在时延相等的情况下计算出误差，并加上T后对当前的虚拟场景模型进行修正使当前的模型更加接近现场的场景；

所述本地虚拟合成界面模型的构建方法是，把所述本地虚拟机械臂和所述本地虚拟场景合成并配合模型碰撞的算法构造一个供操作者观察并判断的虚拟现实的画面。

3.根据权利要求2所述的基于Kinect的空间遥操作机器人的控制系统，其特征在于，所述对本地虚拟机械臂进行修正的方法是，对机械臂进行运动学建模，获取末端位置，即采用D-H矩阵的方法，在机械臂的每个连杆上都固定一个坐标系，然后用4×4的齐次变换矩阵来描述相邻两连杆的空间关系。

4.基于Kinect的空间遥操作机器人的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：操作者在本地端控制手控器进行运动，本地控制计算机接收手控器的位姿信息，通过网络把控制信号发送给远程控制计算机；

远程控制计算机把接收到的信号进行解算，进而把控制信号传送给机器人控制箱，机器人控制箱把信号传送给机械臂使得机械臂进行运动，同时远端的工业摄像头和Kinect三维传感器对机械臂的运动和机械臂所在的场景进行图像采集，并进行三维场景的重建；

机械臂也把运动信息反馈给机器人控制箱和远程控制计算机，计算机控制箱对机械臂的运动进行解算传给远程控制计算机；

远程控制计算机把接收到的所有信息进行压缩打包并通过网络传送回本地控制计算机，本地控制计算机接收远程计算机的反馈信息，在显示器上实现一个仿真的建模平台。

5.根据权利要求1所述的基于Kinect的空间遥操作机器人的控制方法，其特征在于，所述三维场景的重建包括本地虚拟机械臂模型、本地虚拟场景模型、本地虚拟合成界面模型的构建；

所述本地虚拟机械臂模型构建方法是，控制信号传递给远程的机械臂时存在时延T1，远程的机械臂在接受到信号做出动作改变了状态之后的姿态信息传递回去存在时延T2；姿态信息和本地的虚拟模型的状态存在T1+T2的时延的误差，虚拟出一个时延T3=T1+T2进行补偿，然后两者的在时延相等的情况下的数据计算出误差，并加上T3后对当前的虚拟机械臂进行修正，使当前的模型更加接近现场的机械臂；

所述本地虚拟场景构建模型方法是，Kinect三维传感器采集回来的虚拟图像传递到本地控制计算机存在时延T，虚拟一个时延T'=T进行补偿，然后两者的在时延相等的情况下计算出误差，并加上T后对当前的虚拟场景模型进行修正使当前的模型更加接近现场的场景；

所述本地虚拟合成界面模型的构建方法是，把所述本地虚拟机械臂和所述本地虚拟场景合成并配合模型碰撞的算法构造一个供操作者观察并判断的虚拟现实的画面。

6.根据权利要求5所述的基于Kinect的空间遥操作机器人的控制方法，其特征在于，所述对本地虚拟机械臂进行修正的方法是，对机械臂进行运动学建模，获取末端位置，即采用D-H矩阵的方法，在机械臂的每个连杆上都固定一个坐标系，然后用4×4的齐次变换矩阵来描述相邻两连杆的空间关系。