CN106584453A - 融入智能终端的航天器机械臂人机交互*** - Google Patents

融入智能终端的航天器机械臂人机交互*** Download PDF

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CN106584453A CN201610423346.1A CN201610423346A CN106584453A CN 106584453 A CN106584453 A CN 106584453A CN 201610423346 A CN201610423346 A CN 201610423346A CN 106584453 A CN106584453 A CN 106584453A
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胡瑞钦
张立建
万毕乐
张彬
孟少华
陈畅宇
董悫
孟凡伟
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Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
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Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
    • B25J9/161—Hardware, e.g. neural networks, fuzzy logic, interfaces, processor
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
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Abstract

本发明涉及航天器机械臂人机交互***，包括控制模块和智能终端模块：其中控制模块包括：a)无线通信模块1，b)控制策略确定模块：根据接收到的控制模式代号及***参数状态确定当前对机械臂***的控制策略，c)机械臂监控模块；智能终端模块包括：a)无线通信模块2；b)人机交互模块；c)模式设定控件响应模块；d)参数处理显示模块。本发明提出的方法能够在操作者与机械臂进行交互操作过程中，使操作者可以便捷对地机械臂***进行“控制策略切换”与“参数监视”，使人机交互过程更为高效简单。

Description

融入智能终端的航天器机械臂人机交互***
技术领域
本发明属于机械臂的控制技术领域，具体来说，本发明涉及一种利用智能手机、手表等智能终端实现人与机械臂便捷交互的方法。
背景技术
“航天器机械臂柔性随动控制方法”(专利公开号：CN103640022A)公开了一种航天器机械臂柔性随动控制方法，通过直接用人手作用于安装在机械臂末端的负载，控制***根据人手的施力情况，采用一定的控制算法控制机械臂产生动作，使其末端随人手运动，采用这种方法产生的理想效果是机械臂末端负载按照操作者的意图跟随人手运动，近似相当于人对悬浮在空中的物体进行操作,这样人可以按照日常形成的操作物体的习惯，对机械臂末端负载直观地进行位姿调整。
在“航天器机械臂柔性随动控制方法”的实际应用中，需要根据使用工况的不同切换不同的控制策略，如当仅希望***作物体平移而不旋转时，需要切换控制***到“平移”的控制策略，当仅希望***作物体旋转而不移动时，需要切换控制***到“旋转”的控制策略，根据实际工况需求，有若干种不同的控制策略，在使用中需要频繁切换。此外，在实际应用中，操作人员需要实时监视力传感器数据、机器人运动参数，以便及时做出操控判断。
通常，机械臂的控制***体积、重量大，便携性较差，往往固定放置在某处，在人操控机械臂运动过程中，不便于进行“控制策略切换”与“参数监视”，希望可以借助触控式、便携的或可穿戴的智能终端实现“控制策略切换”与“参数监视”两项功能。这样可以将智能终端固定在机器人末端或穿戴在操作者身上，操作者可以实时便捷的监视***各项参数，并进行“控制策略切换”等操作。
发明内容
本发明基于“航天器机械臂柔性随动控制方法”(专利公开号：CN103640022A)，提出一种融入智能终端的航天器机械臂人机交互方法，采用这种方法，操作者可以使用触控式、便携的或可穿戴的智能终端实现对机械臂***“控制策略切换”与“参数监视”，与柔性随动控制方法相结合，实现便捷的人机交互。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种融入智能终端的航天器机械臂人机交互***，包括控制模块和智能终端模块：
其中控制模块包括：
a)无线通信模块1：与智能终端的无线通信模块2建立连接，并周期性的交换数据，在一个通信周期内，将机械臂及其上传感器主要参数发送给智能终端，并接收智能终端发送来的控制模式代号；
b)控制策略确定模块：根据接收到的控制模式代号及***参数状态确定当前对机械臂***的控制策略；
c)机械臂监控模块：读取机械臂的当前状态信息及传感器数据，并向机械臂发送运动控制指令。
智能终端模块包括：
a)无线通信模块2：与控制模块的无线通信模块1建立连接，并周期性的交换数据，在一个通信周期内，智能终端将控制模式代号发送给机械臂控制***，并接收机械臂控制***发来的机械臂及其上传感器主要参数；
b)人机交互模块：在智能终端触控屏幕显示模式设定控件与参数显示控件，模式设定控件用于在操作者点击时做出响应，参数显示控件用于显示机械臂控制***发来的机械臂及其上传感器主要参数；
c)模式设定控件响应模块：在操作者点击模式设定控件时，根据不同控制模式对应的控件，生成相应的控制模式代码；
d)参数处理显示模块：对机械臂控制***发来的机械臂及其上传感器主要参数，进行处理，并显示在对应的参数显示控件上。
与已有方法相比，本发明提出的方法能够在操作者与机械臂进行交互操作过程中，使操作者可以便捷对地机械臂***进行“控制策略切换”与“参数监视”，使人机交互过程更为高效简单。
附图说明
图1为本发明实施方式的机械臂人机交互***组成示意图。
图2为本发明实施方式的智能终端触控界面组成示意图。
图3为本发明实施方式的软件模块组成示意图。
其中，1－机械臂、2－机械臂控制器、3－智能终端、4－操作者、5－模式选择区、6－参数显示区。
具体实施方式
以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。
实施中所需软件模块组成如图3所示，机器人控制***部分的软件模块为：
a)无线通信模块：与智能终端的“无线通信模块”建立连接，并周期性的交换数据，在一个通信周期内，将机械臂及其上传感器主要参数发送给智能终端，并接收智能终端发送来的控制模式代号；
b)控制策略确定模块：根据接收到的控制模式代号及***参数状态确定当前对机械臂***的控制策略；
c)机械臂监控模块：读取机械臂的当前状态信息及传感器数据，并向机械臂发送运动控制指令。
智能终端部分的软件模块为：
a)无线通信模块：与机械臂控制***的“无线通信模块”建立连接，并周期性的交换数据，在一个通信周期内，智能终端将控制模式代号发送给机械臂控制***，并接收机械臂控制***发来的机械臂及其上传感器主要参数；
b)人机交互模块：在智能终端触控屏幕显示模式设定控件与参数显示控件，模式设定控件用于在操作者点击时做出响应，参数显示控件用于显示机械臂控制***发来的机械臂及其上传感器主要参数；
c)模式设定控件响应模块：在操作者点击模式设定控件时，根据不同控制模式对应的控件，生成相应的控制模式代码；
d)参数处理显示模块：对机械臂控制***上；
如图1所示，将智能终端3安装在机械臂1的末端上易于***作者4观察与触及的位置。智能终端3通过wifi与机械臂控制器2建立通信；智能终端3与机械臂控制器2周期性的交换数据，在一个通信周期内，智能终端3将控制模式代号发送给机械臂控制***，代号“c1”、“c2”、“c3”、“c4”分别代表控制模式1～4，机械臂控制器2根据控制模式代号选择对应的控制策略，当操作者3点击智能终端3触控界面模式选择区5中的按钮时，当前控制模式代号变为对应点击按钮的代号，并发送给机械臂控制器2，实现控制模式的切换。机械臂控制器2将机械臂1及其上传感器主要参数发送给智能终端3，智能终端3将这些参数显示在触控界面参数显示区6上，操作者通过查看参数显示区6可实现参数监视。
尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。

Claims (2)

1.一种融入智能终端的航天器机械臂人机交互***，包括控制模块和智能终端模块：
其中控制模块包括：
a)无线通信模块1：与智能终端的无线通信模块2建立连接，并周期性的交换数据，在一个通信周期内，将机械臂及其上传感器主要参数发送给智能终端，并接收智能终端发送来的控制模式代号；
b)控制策略确定模块：根据接收到的控制模式代号及***参数状态确定当前对机械臂***的控制策略；
c)机械臂监控模块：读取机械臂的当前状态信息及传感器数据，并向机械臂发送运动控制指令。
智能终端模块包括：
a)无线通信模块2：与控制模块的无线通信模块1建立连接，并周期性的交换数据，在一个通信周期内，智能终端将控制模式代号发送给机械臂控制***，并接收机械臂控制***发来的机械臂及其上传感器主要参数；
b)人机交互模块：在智能终端触控屏幕显示模式设定控件与参数显示控件，模式设定控件用于在操作者点击时做出响应，参数显示控件用于显示机械臂控制***发来的机械臂及其上传感器主要参数；
c)模式设定控件响应模块：在操作者点击模式设定控件时，根据不同控制模式对应的控件，生成相应的控制模式代码；
d)参数处理显示模块：对机械臂控制***发来的机械臂及其上传感器主要参数，进行处理，并显示在对应的参数显示控件上。
2.如权利要求1所述的航天器机械臂人机交互***，其中所述智能终端具备显示屏，具有触摸控制、无线通信功能。
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