[发明专利]一种柔性机械臂遥操作的人机交互终端及方法

权利要求书

1.一种柔性机械臂遥操作的人机交互终端，其特征在于，包括：人机交互硬件、3D软件操作界面、数据解算模块、信息处理模块；所述人机交互硬件包括VR头戴显示器与操作手柄；所述3D软件操作界面用于显示VR头戴显示器的中心视角和数据；所述数据解算模块用于对操作指令进行辨识和优化；所述信息处理模块用于实现交互终端和柔性机械臂的通信以及数据存储，负责将3D软件生成的控制指令进行安全检测，并按照接口要求转化为规定指令格式发送给柔性机械臂；从而该人机交互终端可将人的操作意图转化为柔性机械臂控制指令，实时生成、发送主从操作命令序列，控制柔性机械臂完成指定的遥操作任务；其中所述数据解算模块对操作指令进行辨识和优化包括：从所述操作手柄处获取的数据传入所述数据解算模块，通过设定的格式形成操作指令，在通过超限检测后完成运动学解算，所述超限检测是将当前数据减去前一包数据，除以时间后和最大速度进行比较，小于则通过；而如果超限检测不通过时，则对当前数据进行处理：将当前数据减去前一包数据的增量除以2，加在前一包数据上，得到的数据重新进行超限检测；

所述数据解算模块还用于在运动约束条件下，完成柔性机械臂的运动学解算，得到柔性机械臂绳长、末端位姿、构型角度三者中的至少一者，以便所述人机交互终端输出绳长信息、构型角、末端位姿三者中的至少一者，进一步完成对从端机器人的控制；其中，得到柔性机械臂绳长、末端位姿、构型角度的方法包括：获得末端位置姿态，通过雅可比矩阵计算出柔性机械臂关节角；通过D-H矩阵由关节角计算出末端位姿；获得构型角度，通过齐次变换矩阵计算出绳长；通过数值迭代法将绳长转换为关节角。

2.根据权利要求1所述的柔性机械臂遥操作的人机交互终端，其特征在于，所述柔性机械臂采用基于绳索驱动并且超冗余设计，柔性机械臂关节设计采用两个自由度设计，相邻关节相互垂直，通过各模块的连接构成整体的柔性机械臂，此构型柔性机械臂具有超冗余的三维空间运动能力。

3.一种柔性机械臂遥操作的人机交互方法，其特征在于，采用权利要求1所述的柔性机械臂遥操作的人机交互终端进行人机交互，包括如下步骤：

S1、通过VR头戴显示器生成柔性机械臂的三维立体可视化场景；

S2、通过操作手柄控制柔性机械臂末端姿态，从而控制柔性机械臂臂型，以达到亲自操作柔性机械臂的效果；

S3：通过数据解算模块对操作指令进行辨识和优化：从所述操作手柄处获取的数据传入所述数据解算模块，通过设定的格式形成操作指令，在通过超限检测后完成运动学解算，所述超限检测是将当前数据减去前一包数据，除以时间后和最大速度进行比较，小于则通过。

4.根据权利要求3所述的柔性机械臂遥操作的人机交互方法，其特征在于，步骤S3还包括：在运动约束条件下，完成柔性机械臂的运动学解算，得到柔性机械臂绳长、末端位姿、构型角度三者中的至少一者。

5.根据权利要求3所述的柔性机械臂遥操作的人机交互方法，其特征在于还包括如下步骤：信息处理模块实现交互终端和柔性机械臂的通信以及数据存储，负责将生成的控制指令进行安全检测，并按照接口要求转化为规定指令格式发送给柔性机械臂。

6.根据权利要求3所述的柔性机械臂遥操作的人机交互方法，其特征在于：柔性臂运动三维显示是通过关节角度来控制的，在系统里通过关节角转绳长的函数计算出绳长，并把绳长通过tcp发送给电机，从而驱动柔性机械臂运动。

7.根据权利要求3所述的柔性机械臂遥操作的人机交互方法，其特征在于，还包括：通过VR头戴显示器观察柔性机械臂周围环境。

8.根据权利要求3所述的柔性机械臂遥操作的人机交互方法，其特征在于，还包括：接收遥操作分系统指令，判断当前分系统及终端是否故障异常，通过则进行下一步，不通过则停止遥操作任务，任务结束。

9.一种存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序可以被执行以实现权利要求4-8中任一项所述的方法。