[发明专利]一种基于同构型机械臂的遥操作系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于同构型机械臂的遥操作系统和方法，其中，基于同构型机械臂的遥操作系统包括主控端和从控端，主控端包括主机械臂、主计算机PC和第一6维力/力矩传感器，主机械臂和主计算机PC通过局域网连接；从控端包括从机械臂、从计算机PC、第二6维力/力矩传感器和监控设备；所述主计算机PC和从计算机PC之间通信连接；所述从机械臂跟随主机械臂作同步动作；所述主机械臂通过控制主机械臂上的关节扭矩复现所述从机械臂上的6维力/力矩信息。基于同构型机械臂的遥操作方法提出了针对上述系统的遥操作方法，以提升用户在主控端的操作流畅性、增强用户对从控端作业环境的力感知和视觉感知水平。

技术领域

本发明涉及遥操作技术领域，特别涉及一种基于同构型机械臂的遥操作系统及方法。

背景技术

机器人遥操作系统是在人员操作主控端设备情况下，实现从控端机器人同步操作的一种远距离控制系统，该系统可以完成复杂环境下人类无法执行的困难操作任务。远程遥操作系统的核心技术包含远程控制、环境感知、远程通信和实时视频传输等。通过在主控端复现从控端与环境间的交互力，并提供从控端作业现场的实时监控视频，可以提升主控端人员操作的准确性和工作效率。该技术在未来远程医疗、抢险、工业及特种应用中能够最大化提升资源使用率、维护人类的生命安全，创造出巨大的经济效益和社会效益。

专利公开号为CN113612928A的中国专利公开了一种遥操作系统、遥操作方法及芯片，该专利提出了由主操作机械臂、从操作机械臂和视觉系统组成的遥操作系统。该系统需要控制系统与视觉系统交互，存在控制链路复杂的问题，且缺乏从控端机械臂与作业环境间的力触觉信息反馈，主控端操作者无法真实感受从控端机械臂与环境间的交互状态。

专利公开号为CN113829357A的中国专利公开了一种机器人手臂遥操作方法、装置、系统及介质，该专利提出了一种基于操作人员的手臂位置信息采集，并利用该位置信息实现对机械臂的遥操作控制技术。由于该系统的手臂识别方式是基于CNN骨干网络特征提取，存在目标识别不稳定、无法控制机械臂姿态、手臂控制导致运动范围较小等问题。

综上所述，目前传统机器人的遥操作技术主要方法是通过操作主控端设备实现从控端机械臂在空间内的姿态控制，且存在控制链路复杂、操作难度大、力感知交互差等问题。在传统遥操作技术的基础上也存在基于外骨骼装置实现的方式(如数据手套等)，但此类外骨骼装置类的应用普遍存在装置自重较大且灵活性差等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于同构型机械臂的遥操作系统及方法，以提升用户在主控端的操作流畅性、增强用户对从控端作业环境的力感知和视觉感知水平。

本发明的技术方案为：

一种基于同构型机械臂的遥操作系统，包括主控端和从控端，

主控端包括主机械臂、主计算机PC和第一6维力/力矩传感器，所述第一6维力/力矩传感器安装于主机械臂末端的法兰位置，主机械臂和主计算机PC通过局域网连接；

从控端包括从机械臂、从计算机PC、第二6维力/力矩传感器和监控设备，所述第二6维力/力矩传感器安装于从机械臂末端的法兰位置，所述从机械臂和监控设备均与所述从计算机PC连接，所述监控设备为视频监控设备；

所述主计算机PC和从计算机PC之间通信连接，监控设备采集到的音视频信息在主计算机PC上显示和播放；

所述从机械臂跟随主机械臂作同步动作；

所述主机械臂通过控制主机械臂上的关节扭矩复现所述从机械臂上的6维力/力矩信息。

作为优选，所述主计算机PC和从计算机PC之间通过5G网络通道进行数据交互，采用的设备为CPE设备。

作为优选，所述主机械臂和从主机械臂均为WAM机械臂。