[发明专利]遥操作机器人的主从操作端结构

说明书

本发明公开了一种遥操作机器人的主从操作端结构，本结构的主操作端和从操作端依次设有构型相同并且通过连杆连接的第一自由度转动关节、第二自由度转动关节、第三自由度平移关节、第四自由度自转关节和第五自由度末端开合关节，第一至第五关节采用液压缸或气缸驱动，主操作端和从操作端对应关节的液压缸或气缸连通实现同步驱动，主操作端和从操作端分别设有重物配平，重物配平抵消第二自由度转动关节、第三自由度平移关节及其连杆的重量。本结构采用液压或气压传递操作动力，具有极佳的力反馈性能，能够将从操作端轻微的环境力反馈到主操作端，有效解决了遥操作机器人的力反馈问题。

技术领域

本发明涉及一种遥操作机器人的主从操作端结构。

背景技术

遥操作机器人是一种可以通过电子、液压或者机械连接进行远程操作的设备，1945年第一个遥操作机器人出现在Argonne 国家实验室，目的是为了处理具有辐射性的材料，通过一堵隔离墙隔开遥操作机器人的主从操作端，保证研究者可以通过防辐射的玻璃看到从操作端。

遥操作机器人发明之初只关注对操作对象的位置控制精准度，但是随着后续发展，人们对遥操作提出了一个“透明度”的概念，这个概念与“沉浸感”有相似的定义，即让人感觉不到自己在做远程操作，而是直接感觉远端的操作对象，如此对于遥操作的力反馈精度就提出了很高的要求，因此力反馈已经成为遥操作中的热门研究课题，尤其在医疗微创手术遥操作机器人应用领域，目前只有美国intuitive surgical公司的DaVinci手术机器人，但DaVinci手术机器人并未增加力反馈（力感觉）功能，因为从操作端有大量的非线性量，而有用的较小的力信息会被未补偿完毕的非线性力淹没，其中较为重要的非线性量包括机器人结构的重力、摩擦力等，同时由于当前的机器人多为数字系统，而力反馈对于采样频率和延时非常敏感，最终导致力反馈的带宽很低，不能很好的反馈出从操作端的环境力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种遥操作机器人的主从操作端结构，本结构采用液压或气压传递操作动力，具有极佳的力反馈性能，能够将从操作端轻微的环境力反馈到主操作端，有效解决了遥操作机器人的力反馈问题。

为解决上述技术问题，本发明遥操作机器人的主从操作端结构，所述主操作端和从操作端依次设有构型相同并且通过连杆连接的第一自由度转动关节、第二自由度转动关节、第三自由度平移关节、第四自由度自转关节和第五自由度末端开合关节，所述第一至第五关节采用液压缸或气缸驱动，所述主操作端和从操作端对应关节的液压缸或气缸连通实现同步驱动，所述主操作端和从操作端分别设有重物配平，所述重物配平抵消第二自由度转动关节、第三自由度平移关节及其连杆的重量。

进一步，所述液压缸或气缸包括两个缸体、两个活塞、两根活塞杆、两根齿条和齿轮，所述两个活塞分别设于所述两个缸体内，所述两根活塞杆一端分别垂直设于所述两个活塞端面，所述两根齿条分别设于所述两根活塞杆的相向面，所述齿轮设于所述两根齿条之间并且与齿条啮合。

进一步，本结构还包括阀门，所述阀门设于所述第一至第五关节的液压缸或气缸驱动回路。

进一步，所述主从操作端分别设有两个基础坐标系和两个运动坐标系，主操作端的基础坐标系为人眼坐标系、运动坐标系为主操作端末端坐标系，从操作端的基础坐标系为从操作端的首端坐标系、运动坐标系为从操作端的器械末端坐标系，所述基础坐标系与运动坐标系的运动姿态一致。

进一步，所述人眼坐标系位置设置头戴式显示器或者普通显示器，所述头戴式显示器或者普通显示器显示从操作端的基础坐标系图像。

进一步，所述头戴式显示器或普通显示器设有位置传感器，当位置传感器检测到操作者头部时，主从操作端的控制连接。