[发明专利]冗余机械臂遥操作组合交互装置及冗余机械臂遥操作系统

权利要求书

1.一种冗余机械臂遥操作组合交互装置，其特征在于，包括人机交互设备和控制模块，所述人机交互设备包括分别连接所述控制模块的手控器、穿戴式数据手臂、手势采集设备和语音系统，所述控制模块通过通信链路连接冗余机械臂，所述控制模块根据所述手势采集设备的输入快速控制冗余机械臂从远距离到达操作位置，根据所述穿戴式数据手臂的输入进行冗余机械臂的臂型控制，并根据所述手控器的输入进行冗余机械臂对目标的近距离精细操作控制，还根据所述语音系统的输入进行辅助控制，所述辅助控制包括切换操作者操作视角和工具开合；

所述冗余机械臂遥操作组合交互装置的遥操作方式具体包括：

（1）在操作任务初始阶段：利用三维手势直观自然、操作空间大的特点，通过手势采集设备，快速控制冗余机械臂从远距离到达操作位置；

（2）避障操作阶段：通过穿戴式数据手臂对冗余机械臂进行臂型控制；其中，所述控制模块根据所述穿戴式数据手臂的输入进行冗余机械臂的臂型控制，包括如下控制方式：根据从所述穿戴式数据手臂采集到的操作者手臂末端位置以及大臂与小臂的关节角来共同控制冗余机械臂的位姿；其中，利用关节角θ的角度值与末端位姿作为逆解输入得到冗余机械臂运动学唯一解；

（3）在近距离精细操作阶段，利用手控器精度高和力反馈控制稳定，对冗余机械臂实施近距离精细操作控制，控制冗余机械臂对目标进行精细操作；

（4）辅助操作：利用语音系统快速完成简易辅助操作者操作的辅助控制。

2.如权利要求1所述的冗余机械臂遥操作组合交互装置，其特征在于，所述控制模块根据所述手势采集设备的输入快速控制冗余机械臂从远距离到达操作位置，包括：根据从所述手势采集设备采集到的位置姿态信息映射到冗余机械臂的末端位姿。

3.如权利要求1或2所述的冗余机械臂遥操作组合交互装置，其特征在于，所述控制模块包括操作控制平台、人机交互界面和数据处理模块，所述操作控制平台负责虚拟操作场景的搭建、人机交互界面的管理以及与冗余机械臂的数据通信，所述数据处理模块负责控制数据的处理，将采集到的操作者输入信息转化为冗余机械臂控制数据。

4.如权利要求1或2所述的冗余机械臂遥操作组合交互装置，其特征在于，所述冗余机械臂为空间冗余机械臂。

5.一种冗余机械臂遥操作系统，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的冗余机械臂遥操作组合交互装置和被遥操作的冗余机械臂。

6.如权利要求5所述的冗余机械臂遥操作系统，其特征在于，所述冗余机械臂为七自由度冗余机械臂，所述七自由度冗余机械臂为自由度3-1-3的方式配置的机械臂，机械臂的肩关节部和腕关节部各由三个关节两两垂直配置，机械臂中间的三个关节相互平行，肩关节部采用翻滚角-偏航角-俯仰角配置，肘关节部为俯仰角轴，腕关节部采用俯仰角-偏航角-翻滚角配置。