[发明专利]利用空间机械手操作系统实现人机协同拧松螺钉操作方法

摘要

利用空间机械手操作系统实现人机协同拧松螺钉操作方法，属于空间机械手操作技术领域。以解决现有机器人无法对准和插入螺钉、难以完成拧螺钉操作的难题。本发明的方法包括两个工作环节，第一环节是航天员抓握手电钻示教拧被操作螺钉位置，第二个环节是机械手自主抓握手电钻拧被操作螺钉。航天员离线示教拧被操作螺钉的操作位置，航天员抓握手电钻放置在被操作螺钉位置，全局相机测量手电钻位置。机械手自主抓握手电钻拧螺钉，全局相机测量手电钻位姿、视觉实时伺服机械手运动，手电钻插入螺钉过程中机械手柔顺控制。本发明解决了对电动工具的抓握位姿控制、对被操作螺钉的精确对准、操作过程机械手的柔顺控制等难题。

主权项

1.一种利用空间机械手操作系统实现人机协同拧松螺钉操作方法，所述的空间机械手操作系统包括支架（1）、机械手（2）、维修操作平台组件（3）及全局相机（4），所述的机械手（2）包括机械臂（2‑1）、灵巧手（2‑2）和连接法兰盘（2‑3），所述的连接法兰盘（2‑3）、机械臂（2‑1）及灵巧手（2‑2）依次连接，所述的维修操作平台组件（3）包括电动工具固定筒（3‑1）、被操作螺钉（3‑2）及维修操作平台（3‑3），所述的电动工具固定筒（3‑1）固定在维修操作平台（3‑3）上，所述的被操作螺钉（3‑2）拧固在维修操作平台（3‑3）上，所述的维修操作平台（3‑3）与支架（1）固定连接；所述的连接法兰盘（2‑3）与支架（1）固定连接，机械手（2）位于维修操作平台组件（3）的上方，所述的全局相机（4）固定在支架（1）上并位于维修操作平台组件（3）的侧上方；其特征在于：所述的方法包括如下步骤：

步骤一：航天员示教拧被操作螺钉（3‑2）工作位置；

电动工具（5）插装在维修操作平台组件（3）的电动工具固定筒（3‑1）内，位置点定义为A1，航天员抓握电动工具（5），并将电动工具（5）从电动工具固定筒（3‑1）内提出，将对准工装（6）放在电动工具（5）的刀头（5‑4）前端，之后，放置在被操作螺钉（3‑2）上，借助对准工装（6）保证电动工具（5）的刀头（5‑4）与被操作螺钉（3‑2）对准，电动工具（5）的刀头（5‑4）与被操作螺钉（3‑2）之间的间距为20mm，此时，电动工具（5）的刀头（5‑4）位置定义为A4；

步骤二：全局相机（4）识别航天员示教后的电动工具（5）位姿；

航天员借助对准工装（6）实现电动工具（5）的刀头（5‑4）与被操作螺钉（3‑2）的对准、固定间距后，全局相机（4）根据电动工具（5）上的视觉靶标（5‑3）识别电动工具（5）相对机械手（2）的位姿，并将电动工具（5）的该位姿传给机械手（2），用于伺服机械手（2）的运动；航天员完成示教后，将电动工具（5）重新置于维修操作平台组件（3）的电动工具固定筒（3‑1）内；

步骤三：机械手（2）自主拧松被操作螺钉（3‑2）；

（1）在下达旋拧被操作螺钉（3‑2）任务指令后，机械臂（2‑1）、灵巧手（2‑2）上电，机械臂（2‑1）为位置控制模式、巧手（2‑2）为阻抗控制模式，机械臂（2‑1）由初始位置运动到抓握电动工具（5）的位置A1后，灵巧手（2‑2）完成抓握电动工具（5）操作；

（2）灵巧手（2‑2）抓握电动工具固定筒（3‑1）内A1位置电动工具（5）后，机械臂（2‑1）沿垂直方向上提150mm，定义为A2位置；

（3）机械臂（2‑1）运动到被操作螺钉（3‑2）正上方100mm的A3位置；

（4）到达A3位置后，全局相机（4）测量电动工具（5）的刀头（5‑4）相对灵巧手（2‑2）的位姿，视觉伺服机械手（2），机械臂（2‑1）运动到被操作螺钉（3‑2）正上方20mm的A4位置；

（5）机械臂（2‑1）由位置控制转换为阻抗控制模式，并由位置A4垂直向下运动20mm，到达被操作螺钉（3‑2）位置A5后，电动工具（5）的刀头（5‑4）插入被操作螺钉（3‑2）；

（6）灵巧手（2‑2）扣动电动工具（5）的扳机（5‑2），实现拧松被操作螺钉（3‑2）操作；

（7）灵巧手（2‑2）完成拧松被操作螺钉（3‑2）操作后，机械臂（2‑1）垂直向上运动120mm，至位置点A3；

（8）灵巧手（2‑2）由阻抗控制切换至位置控制模式，机械臂（2‑1）运动到电动工具固定筒（3‑1）正上方150mm的A2位置；

（9）机械臂（2‑1）垂直向下运动150mm，至A1位置；

（10）灵巧手（2‑2）松开电动工具（5）、电动工具（5）进入电动工具固定筒（3‑1）内，机械臂（2‑1）垂直向上运动150mm；

（11）机械臂（2‑1）完成拧被操作螺钉（3‑2）操作，回复至初始位置，任务完成；

步骤四：机械臂（2‑1）拧松被操作螺钉（3‑2）后，依次返回A3、A2、A1位置，实现将电动工具（5）放回到维修操作平台组件（3）的电动工具固定筒（3‑1）内的操作，完成拧被操作螺钉（3‑2）的操作。