[发明专利]一种六自由度机械臂遥操作系统及其方法

说明书

本发明公开了一种六自由度机械臂遥操作系统及其方法。该系统包括依次电性连接的主端模块、上位机、从端模块；从端模块用于根据上位机传输的信号进行位移调整和姿态调整；从端模块为六自由度机械臂；主端模块包括多个踏板、多自由度遥操作杆；多个踏板、多自由度遥操作杆分别与上位机电性连接；多个踏板用于产生控制六自由度机械臂在三维空间上位移的信号，不同的踏板产生三维空间上不同方向位移的信号；多自由度遥操作杆用于产生控制多自由度机械臂姿态的信号。本发明相比现有技术，在提高操作精度的同时也具备在大范围内快速进行位移和姿态调整的功能。

技术领域

本发明属于电气机械的技术领域，具体涉及一种六自由度机械臂遥操作系统及其方法。

背景技术

遥操作是一种人类对机器人进行远程控制的技术，人类操作包含在机器人的相关控制回路中，人类负责决策和下达指令，机器人负责精确地执行指令，适合完成危险、困难的任务。随着遥操作设备和通信技术的发展，机器人遥操作技术在医疗、防爆、救援等领域中得到越来越广泛的应用。其中，六自由度机械臂常作为工业、医疗等领域的遥操作对象，用于控制其位姿的遥操作设备也形式多样，有如六自由度操纵杆、摇杆、按钮、3D鼠标等。

现有技术中，六自由度操纵杆由于与六自由度机械臂结构相似，因此其姿态易于直观地映射至机械臂末端，方便用户观察和操作。但是，在位置移动操作上，六自由度操纵杆存在工作空间不足、位姿耦合等局限性，而摇杆、按钮及3D鼠标等方式通常采用增量式控制方法，虽能够使机械臂移动范围增大，但姿态控制上不够直观，导致目前的遥操作设备难以控制机械臂同时实现大范围移动与精细位姿调整。此外，医生进行手术或检查时，其中一只手往往需要操作其它医学仪器，因此只能依靠单手操作遥操作设备，但现有的部分手术机器人设备，如公开号CN109646114A的中国专利，一种单人脚控腹腔持镜机械臂，虽然也考虑到使用手脚配合的操作方式，但升降踏板允许控制的自由度较少，角度踏板对用户的脚步稳定操作控制能力要求较高，没有充分考虑灵活性、方便性和稳定性，无法兼顾直观性、简便性和用户体验，无法实现同时对机器人进行位大范围位置粗调和位姿微调的问题。

而公开号CN103624790A的中国发明专利，六自由度机械臂遥操作控制方法公开了一种六自由度机械臂遥操作控制方法，采用两根具有三自由度控制的操纵杆对六自由度机械臂的速度、位置和角度进行控制，然而该控制方法需要双手分别操作两根操纵杆，或是单手在两根操纵杆间来回切换，不适用于需要单手便捷遥操作的任务场景，且该发明无法做到同时实现机械臂的大范围移动与小范围精细调整，操作简便性与直观性方面也还需要改善。

发明内容

为了克服现有技术存在的一个或者多个缺陷与不足，本发明的第一目的在于提供一种六自由度机械臂遥操作系统，本发明的第二目的在于提供一种六自由度机械臂遥操作，以实现简便、灵活且直观进行遥操作的功能。

为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案。

一种六自由度机械臂遥操作系统，包括依次电性连接的主端模块、上位机、从端模块；

主端模块用于产生控制从端模块的信号；

上位机用于传输和计算主端模块产生的信号，并根据计算结果向从端模块传输信号；

从端模块用于根据上位机传输的信号进行位移调整和姿态调整；从端模块为六自由度机械臂；

主端模块包括多个踏板、多自由度遥操作杆；多个踏板、多自由度遥操作杆分别与上位机电性连接；

多个踏板用于产生控制六自由度机械臂在三维空间上位移的信号，不同的踏板产生三维空间上不同方向位移的信号；

多自由度遥操作杆用于产生控制多自由度机械臂姿态的信号。

优选地，多自由度操作杆为六自由度遥操作杆，六自由度遥操作杆的数量为一个；

六自由度机械臂的数量为一个。