[发明专利]一种柔性机械臂遥操作的人机交互终端及方法

说明书

本发明提供一种柔性机械臂遥操作的人机交互终端及方法。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。本发明是一种非接触式的交互技术，基于机器视觉的交互技术。由于是非接触式的，因此整个操作方式是非侵入式的，对操作员的干扰会大大减少。在这类交互技术中，让操作员能以更直观和自然的命令方式去进行控制，有效避免了接触式设备所带来的干扰。

技术领域

本发明涉及一种柔性机械臂遥操作的人机交互终端及方法。

背景技术

在遥操作系统中，操作者在较远处对机器人发出控制指令，机器人按照操作者的指令完成工作任务，同时将一些信号反馈给操作者，帮助操作者了解从端机器人的工作状况。遥操作机器人是一个种有人参与的机器人局部自主控制系统，涉及到人与机器人的交互和机器人与环境的交互，它充分发挥了人与机器人各自的优势并拓展了人的感知和行为能力。

常见的应用主要有，在航天活动中，只需要地面操作人员和/或位于舱内的宇航员对空间机器人进行遥操作，就可以完成空间站的维护或航天器燃料加注等任务，甚至是月球或火星表面的勘测。避免了出舱对宇航员带来的危险，有效地降低了航天任务的成本，并拓展了人类的探测能力。在核工业和化工产业，在处理一些核废料和有毒化工废料时，作业工人被禁止与环境直接接触。在执行水下探索任务时，要满足人类随心所欲地到达工作区域的要求，在技术上往往较难实现或者需要很高的成本代价。在远程医疗中，医生需要在长距离的远端进行遥控操作；而在微创手术中，可以采用微小的远程遥控手术器械，获得更小的手术创口和更佳的术后恢复效果。

遥操作系统主要指操作者通过主端人机交互设备来控制从端机器人进行探索和作业任务。典型的遥操作系统由操作者、人机交互设备、主控制器、通信通道、从控制器、从端机器人和环境等几部分组成。其工作模式是；操作者通过人机交互设备获取人的控制指令信息，通过无线电波、计算机网络等传输媒介传送给从端机器人，从端机器人按照接受到的指令在特定环境下进行工作，同时将自己的工作状态和与环境的相互作用力等信息返回给操作者，便于操作者作出正确的决策。高性能的遥操作系统可使操作者真实地感觉到机器人与作业环境之间的交作用，就好像是操作者自己直接在用手进行操作一样，具有身临其境的感觉。

在常见的人机交互技术中，摇杆、仿机器人外形的控制器等接触式的机械设备是经常被用作操作员和机器人之间交互的工具。这类控制器的最大缺点是需要操作员进行相当不直观的手臂动作对机器人进行控制，这就需要操作员具备一定的操作经验才能有效的对机器人进行准确的控制。另外一种人机交互方式是采用对人手的位置和位姿进行实时跟踪的系统。属于这类型的设备有电磁跟踪设备，惯性传感器，数据手套等，这些都属于接触式的传感器，缺点也很明显，就是会阻碍操作员正常的手部动作。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，提出一种柔性机械臂遥操作的人机交互终端及方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的柔性机械臂遥操作的人机交互终端包括人机交互硬件、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。

在一些实施例中，还包括如下技术特征：

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。