[发明专利]基于人机交互的移动机器人实时远程控制系统

摘要

本发明涉及一种基于人机交互的移动机器人实时远程控制系统，包括本地主控终端、通信系统和远端执行器。本地主控终端和远端执行器通过通信系统实时进行信息双向传送。在本地主控终端中，头部姿态传感器采集操作人员的头部姿态信息，发送至远端执行器的远端主控机中进行处理，生成顶端安装有摄像头的两自由度机械臂的姿态控制信号，使机械臂的动作姿态与操作员的头部动作姿态保持一致，摄像头将采集的图像信息传回至本地主控终端，经处理后在头戴VR显示器上显示；安装于带有机械手的远端执行器上的传感器，对远端的现场环境信息和执行器件状态信息进行采集并处理，传回本地主控终端进行显示，便于操作人员通过控制手柄对远端执行器进行控制。

主权项

1.一种基于人机交互的移动机器人实时远程控制系统，其特征在于：其包括本地主控终端、通信系统和远端执行器，所述通信系统分别与所述本地主控终端和所述远端执行器连接，从而实现所述本地主控终端与所述远端执行器间的实时双向通信；所述通信系统包括有线通信和无线通信；所述本地主控终端包括本地主控机、头戴VR显示器、头部姿态传感器、耳机与外置声卡和控制手柄，所述头戴VR显示器、头部姿态传感器、耳机与外置声卡和控制手柄分别与所述本地主控机相连；所述远端执行器包括远端主控机、视频音频采集机构、运动机构、机械手执行机构以及现场环境与器件状态传感机构，所述视频音频采集机构、运动机构、机械手执行机构以及现场环境与器件状态传感机构分别与所述远端主控机相连，所述视频音频采集机构包括摄像头、摄像头姿态控制板卡、两自由度机械臂以及拾音器与外置声卡，所述运动机构包括运动控制板卡、惯性传感器和四驱平台，所述机械手执行机构包括机械手动作控制板卡和机械手，所述机械手包括机械臂和机械爪，所述现场环境与器件状态传感机构包括现场环境信息传感器、器件状态信息传感器以及数据采集与处理板卡；所述头部姿态传感器安装于操作人员所戴的头盔上，将多传感器信息融合得到精确的操作人员头部的姿态信息通过所述通信系统发送至所述远端执行器，经所述远端主控机传输至所述摄像头姿态控制板卡进行处理后，生成所述两自由度机械臂的姿态控制信号，所述两自由度机械臂的摆动姿态与操作人员的头部姿态保持一致；所述控制手柄上设有用于控制所述远端执行器的运动机构和机械手执行机构的控制摇杆与旋钮，所述控制手柄给出的控制信号经所述本地主控机通过所述通信系统发送至所述远端主控机，并分别发送给所述运动控制板卡和机械手动作控制板卡，所述控制摇杆给出运动机构的运动控制信号，所述旋钮给出所述机械手执行机构的机械臂摆动角度与机械爪张合角度控制信号，所述运动机构的运动控制板卡接收到控制摇杆给定的运动控制信号后，将其转化为相应的四路PWM波，对所述四驱平台的四个直流电机的转速与正反转进行控制，同时，连接在所述运动控制板卡上的惯性传感器采集所述四驱平台运动的直线加速度与转弯角速度信息并反馈，进而实现对所述四驱平台的前进、后退以及转向的闭环控制；所述机械手执行机构的机械手动作控制板卡接收到所述旋钮给定的角度控制信号后，将其转化为相应的三路PWM波，对所述机械手的机械臂和机械爪的三个舵机进行控制，进而实现对所述机械臂摆动角度以及机械爪张合角度的控制；所述数据采集与处理板卡将所述现场环境信息传感器采集的现场环境信息和器件状态传感器采集的设备状态信息数据进行处理后，由所述远端主控机通过所述通信系统发送到所述本地主控机，在所述头戴VR显示器内进行显示；所述摄像头固定于所述两自由度机械臂的顶端，所述摄像头拍摄的现场画面经所述远端主控机压缩后传输至所述本地主控机进行解压，并通过所述头戴VR显示器进行显示，所述两自由度机械臂的底端和所述远端主控机固定在减震平台上，所述减震平台安装在所述四驱平台上，所述远端主控机通过所述拾音器与外置声卡采集现场的音频数据，通过通信系统发送到所述本地主控机，由所述耳机与外置声卡进行播放。