[发明专利]一种救援机器人的七自由度力反馈手柄及操作方法

说明书

本发明公开了一种救援机器人的七自由度力反馈手柄及操作方法，它解决了现有技术中操作人员无法感知到触碰力度，容易对机械臂造成损坏，很难完成特定救援动作的问题，具有通过操作手柄完成对末端轨迹的控制，实现救援机器人工作装置的半自主操作，具有临场力反馈功能，给操作人员实时反馈机械臂末端受力情况的效果；其技术方案为：包括操作手柄本体，所述操作手柄本体的内部安装力反馈装置，力反馈装置将力矩实时传递至操作手柄本体；当机械臂末端负载超出额定值时，力反馈装置自锁；力反馈装置包括x方向、y方向和z方向的齿轮驱动机构，所述齿轮驱动机构分别连接电位器，通过电位器将信号发送至控制系统。

技术领域

本发明属于工程机械领域，尤其涉及一种救援机器人的七自由度力反馈手柄及操作方法。

背景技术

中国幅员辽阔，地震、泥石流等自然灾害频发，给人民生命财产安全带来了巨大损失。复杂的灾害现场需要高效、专业的工程救援机械装备。因此，各种新型救援设备相继被研发。授权公告号CN 205256501 U中公开了一种应急救援机器人，此应急救援机器人已完成样机的研制，并经过多次模拟救援现场试验，实现了挖掘、破碎、剪切、抓装、装卸、叉装、吊装、整平、高空作业等作业功能。

目前，此机器人的操作方法为人工操作，即对每个关节进行单独操作，虽然可以完成上述功能，但是对人员的操作水平要求高。当机器人需要实现特定的救援动作时，例如抓起物体以后沿直线路径运动，由于机械臂具有七个自由度，具有运动学冗余的特点，目前的操作方式很难实现上述运动。

另一方面，当机械抓手触碰到障碍物时，操作人员无法感知到触碰力度，容易对受灾人员造成二次伤害，也容易对机械臂造成损坏。因而需要改进现有救援机器人的操作方式。而机器人的工作环境恶劣，工况复杂多变，且自身非线性因素多、惯性较大，很难实现全自主操作模式。因此，需要考虑设计一种具有临场力感反馈的半自主操作方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种救援机器人的七自由度力反馈手柄及操作方法，其具有通过操作手柄完成对末端轨迹的控制，实现救援机器人工作装置的半自主操作，具有临场力反馈功能，给操作人员实时反馈机械臂末端受力情况的效果。

本发明采用下述技术方案：

一种救援机器人的七自由度力反馈手柄，包括操作手柄本体，所述操作手柄本体的内部安装力反馈装置，力反馈装置将力矩实时传递至操作手柄本体；当机械臂末端负载超出额定值时，力反馈装置自锁；

所述力反馈装置包括x方向、y方向和z方向的齿轮驱动机构，所述齿轮驱动机构分别连接电位器，通过电位器将信号发送至控制系统。

进一步的，所述操作手柄本体上部安装两个小手柄，所述小手柄具有x方向移动和y方向移动两个自由度；每个自由度的运动均可通过传动装置转换为旋转运动，并通过电位器检测旋转角度。

进一步的，所述齿轮驱动机构包括力矩电机、传动齿轮组和传动轴，所述力矩电机通过传动齿轮组连接传动轴，所述传动轴连接电位器。

进一步的，所述力矩电机为直流力矩电机。

进一步的，所述操作手柄本体后部设有使能开关。

进一步的，所述机械臂的末端安装三维力传感器，三维力传感器将力信号转换成电信号传至控制系统。

进一步的，所述齿轮驱动机构均与操作手柄本体内部传动机构相连。

一种救援机器人的七自由度力反馈手柄的操作方法，包括以下步骤：

步骤(1)机械臂抓取重物后，操作人员旋转操作手柄本体沿某一方向移动，通过电位器将所述方向的移动转换为电信号发送给控制系统；

步骤(2)控制系统接收到信号后，将机械臂末端执行器在所述方向的运动转变为各个关节空间的运动，并通过液压驱动装置控制液压缸运动；