[发明专利]用于铰接式操纵臂的控制系统

权利要求书

1、一种用于铰接式操纵臂的控制系统，所述操纵臂具有至少三个自由度，所述控制系统包括：主控制器，所述主控制器可移动以便复制所述操纵臂的至少三个自由度；用于确定所述主控制器在复制操纵臂的自由度的每个方向上的移动速率的装置；和控制装置，用于控制操纵臂的致动，从而操纵臂在所述至少三个自由度的每个自由度上的移动速率与主控制器在复制操纵臂的自由度的每个方向上的移动速率成比例。

2、根据权利要求1所述的控制系统，其中所述至少三个自由度包括枢转轴线、旋转轴线、和平移轴线中的至少两个。

3、根据权利要求1或2所述的控制系统，其中所述主控制器包括铰接式主臂，所述铰接式主臂具有通过关节相互连接的多个臂段，主臂的每个关节与操纵臂的关节对应，所述主臂具有与所述操纵臂的至少三个自由度对应的至少三个自由度，从而主臂的移动能够复制操纵臂的移动。

4、根据权利要求3所述的控制系统，其中对于与操纵臂的关节对应的主臂的每个关节，用于确定主控制器在复制操纵臂的自由度的每个方向上的移动速率的装置包括位置检测装置和计算装置，所述位置检测装置用于检测主臂的臂段在关节的任一侧的相对位置，且所述计算装置用于计算所述臂段绕所述关节的移动速率以便确定主臂绕复制操纵臂关节的主臂关节的移动速率。

5、根据权利要求4所述的控制系统，其中所述计算装置包括微分器，所述微分器用于对来自位置检测装置的位置数据进行微分以便确定所述主臂的臂段绕与操纵臂的关节对应的主臂的每个关节的移动速率。

6、根据权利要求1、2或3所述的控制系统，其中用于确定主控制器的移动速率的装置包括速度检测装置，所述速度检测装置能够检测主控制器在复制操纵臂的自由度的每个方向上的移动速度。

7、根据上述任一项权利要求所述的控制系统，进一步包括多个液压致动器，所述液压致动器安装在操纵臂上以便在操纵臂的至少三个自由度的每个自由度上移动操纵臂，每个液压致动器能够通过变量阀与压力液压流体源连接，所述控制装置控制变量阀的打开和关闭以便与主控制器的确定的移动速率成比例地控制操纵臂的移动速率。

8、根据上述任一项权利要求所述的控制系统，其中所述主控制器包括用于选择性地停止控制装置动作以便允许主控制器的移动且不会引起操纵臂的对应的移动的装置。

9、根据上述任一项权利要求所述的控制系统，其中所述操纵臂具有至少四个自由度。

10、根据上述任一项权利要求所述的控制系统，其中所述操纵臂具有至少六个自由度，所述至少六个自由度包括肩部偏转、肩部俯仰、肘俯仰、前臂旋转、腕俯仰和腕旋转，所述主控制器包括铰接式主臂，所述铰接式主臂具有至少五个自由度，所述至少五个自由度与操纵臂的肩部偏转、肩部俯仰、肘俯仰和前臂旋转对应。

11、根据上述任一项权利要求所述的控制系统，其中所述控制系统包括用于控制目标操纵工具的操作的装置，所述目标操纵工具设置在操纵臂的远端处。

12、根据从属于权利要求10的权利要求11所述的控制系统，其中用于控制目标操纵工具的操作的装置也控制操纵臂的腕旋转。

13、根据权利要求12所述的控制系统，其中用于控制目标操纵工具的操作和操纵臂的腕旋转的装置包括单个操纵杆，所述操纵杆安装在主臂的远端上，以便允许主臂的单手操作。