[发明专利]一种空间万向旋转磁场人机交互控制方法

权利要求书

1.一种空间万向旋转磁场人机交互控制方法，其特征在于：

(1)采用磁场轴线在经纬坐标系的侧摆、俯仰角度为输入变量的空间万向旋转磁场电流形式叠加公式，姿态角度控制变量由磁场轴线与空间笛卡尔坐标系三个方向角减少为经纬坐标系内侧摆与俯仰两个姿态角，通过侧摆操纵杆与俯仰操纵杆分别将侧摆与俯仰角度分离控制，并分别输出侧摆角与俯仰角的模拟电压角度信号，经过信号处理器中的A/D转换器后转换为侧摆与俯仰角数字量信号并输入到信号处理器中的电流参数计算模块，经过分析计算后，外磁场驱动器接受信号处理器发送的数据，产生相应的正弦谐波电流去驱动三轴正交嵌套亥姆霍兹线圈磁场叠加装置，在其中心区域叠加形成轴线与侧摆操纵杆输入的侧摆角和俯仰操纵杆输入的俯仰角所确定方位一致的旋转磁场；

(2)分别调节侧摆操纵杆与俯仰操纵杆，改变外加旋转磁场轴线在经纬坐标系的侧摆与俯仰角，根据磁力矩随动效应，主被动双半球形胶囊机器人的轴线与旋转磁场轴线重合，借助人机交互界面h显示机器人的摄像头与图像传输装置所传输的实时图像，实现与视觉相融合的人机交互控制过程如下：将侧摆操纵杆固定，单独调整俯仰操纵杆控制俯仰角变化，或将俯仰操纵杆固定，单独调整侧摆操纵杆控制侧摆角变化，分别实现磁场轴线沿着侧摆与俯仰两个方向的独立扫描，最后，再通过两个操纵杆分别微调磁场轴线侧摆与俯仰角，使机器人轴线姿态对准细长管道待测区域，或者与各段细长管道弯曲方向基本一致。

2.根据权利要求1所述的一种空间万向旋转磁场人机交互控制方法，其特征在于：

信号处理器f中的电流参数计算模块，产生右旋万向磁场时，具体采用以侧摆与俯仰角为输入变量的电流形式的空间万向旋转磁场叠加公式为

产生左旋万向磁场时，具体采用以侧摆与俯仰角为输入变量的电流形式的空间万向旋转磁场叠加公式为

其中，α、β分别为万向磁场旋转轴线在经纬坐标系下的侧摆与俯仰角，I₀为向三组正交亥姆霍兹线圈中通入的正弦信号的幅值，ω为施加正弦信号电流的角速度，施加正弦信号电流的频率为f=2πω.]]>

3.根据权利要求1或2所述的一种空间万向旋转磁场人机交互控制方法，其特征在于：

为使机器人沿弯曲方向滚动，使机器人的主动半球与细长管道接触，机器人轴线的俯仰角为0且与弯曲方向垂直驱动机器人沿调姿方向滚动，信号处理器f中的电流参数计算模块，以侧摆角为输入变量的电流形式的旋转磁场叠加公式为：

IxIyIz=I0sinαsinωtI0cosαsinωtI0sin(ωt+π/2---(8)]]>

其中，α为环境弯曲方向侧摆角，I₀为向三组正交亥姆霍兹线圈中通入的正弦信号的幅值，ω为施加正弦信号电流的角速度，施加正弦信号电流的频率为