[发明专利]遥操作平面冗余度机械臂指令输入及构型控制系统及方法

权利要求书

1.一种遥操作平面冗余度机械臂指令输入及构型控制系统，其特征在于：由冗余度机械臂控制台、冗余度机械臂上位控制器、上位机无线数据模块、下位机无线数据模块、冗余度机械臂下位机控制器以及冗余度机械臂组成，其中：

所述冗余度机械臂控制台提供人机交互，负责接收操作员的指令并显示机械臂当前位置、限位、报警状态信息，该冗余度机械臂控制台上设有模式选择开关、单轴指令输入开关组、构型指令输入开关组、单轴速度输入旋钮、末端指令输入操纵杆、指示灯和液晶显示模块，通过模式选择开关选择机械臂的单轴运动模式、末端运动模式和构型调整模式中一种控制模式；

所述冗余度机械臂上位控制器安装在冗余度机械臂控制台上，和冗余度机械臂控制台通过控制电路连接，冗余度机械臂上位控制器通过串行通讯接口与上位机无线数据模块连接与通讯，将编码的控制命令发送到与远端的下位机无线数据模块，并同时获取远端机械臂的状态信息；

所述无线数据模块提供冗余度机械臂上位控制器和冗余度机械臂下位机控制器之间的通讯功能，由工作在同一工作频率的上位机无线数据模块和下位机无线数据模块组成，其间的距离为100米，上位机、下位机无线数据模块和冗余度机械臂上、下位控制器之间均通过串行通讯接口交换数据；

所述冗余度机械臂下位机控制器安装在冗余度机械臂上，接收冗余度机械臂上位控制器对冗余度机械臂各关节轴的运动指令，并输出到冗余度机械臂的各关节电机上，同时将冗余度机械臂的位置、速度、限位和报警状态信息发送给下位机无线数据模块。

2.根据权利要求1所述的遥操作平面冗余度机械臂指令输入及构型控制系统，其特征是，在所述单轴运动模式下，单轴指令输入开关组和单轴速度输入旋钮的输入有效，单轴指令输入开关组控制机械臂每个电机的正反转，单轴速度输入旋钮表示轴电机的运动速度，单轴运动指令由单轴指令输入开关组和单轴速度输入旋钮组合实现。

3.根据权利要求1所述的遥操作平面冗余度机械臂指令输入及构型控制系统，其特征是，在所述末端运动模式下，末端指令输入操纵杆和构型指令输入 开关组有效，末端指令输入操纵杆直接控制机械臂末端在平面内的运动速度，末端指令输入操纵杆为三维操纵杆，内部包含三个独立的电位计，可输入三个轴的速度指令；构型指令输入开关组包括1-3个冗余轴选择波段开关，对应于平面冗余度为1到3的情况，在此模式下构型指令输入开关组所选择的轴表示该轴电机锁定。

4.根据权利要求1所述的遥操作平面冗余度机械臂指令输入及构型控制系统，其特征是，在所述构型调整模式下，末端指令输入操纵杆和构型指令输入开关组有效，由构型指令输入开关组选择要调整的关节轴，此时末端指令输入操纵杆的三个电位计的输入表示由构型指令输入开关组设定的关节轴的运动速度，从而实现机械臂末端位置和姿态均保持不变的情况下，通过输入冗余关节的运动，调整机械臂各关节之间的相对位置关系。

5.根据权利要求1所述的遥操作平面冗余度机械臂指令输入及构型控制系统，其特征是，所述的冗余度机械臂上位控制器，主要由数字量输入接口、滤波电路、模拟量输入接口、数字量输出扩展模块、数字量输出接口、主控芯片、数据存储模块和串行通讯接口组成，其中：主控芯片通过通用I/O端口与数字量输入接口、数字量输出扩展模块连接，数字量输入接口用于接入模式选择开关、单轴指令输入开关组以及构型指令输入开关组的开、合指令输入；数字量输出扩展模块用于扩展输出端口，经数字量输出接口完成光电隔离、电平转换后与液晶显示模块以及指示灯连接；主控芯片通过A/D端口和模拟量输入接口连接，经滤波电路后采集冗余度机械臂控制台的单轴速度输入旋钮和末端指令输入操纵杆输入的电压量；主控芯片通过I2C总线与数据存储模块连接，数据存储模块用于存储上位机命令解析程序、机械臂系统的工作参数、远程通讯地址和通讯协议，其存储的数据掉电不丢失。