基于遠(yuǎn)程操控的機(jī)器人輔助智能維護(hù)系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于遠(yuǎn)程操控的機(jī)器人輔助智能維護(hù)系統(tǒng)，包括：主端操控平臺模塊、主端輸入信號采集與處理模塊、信號傳輸與通訊模塊、從端控制執(zhí)行模塊；主端操控平臺模塊對遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)主端遙操作人員的操控提供平臺和符合人機(jī)工程學(xué)的操作環(huán)境；主端輸入信號采集與處理模塊對遙操作人員的動作指令進(jìn)行運(yùn)動數(shù)據(jù)采集和處理；信號傳輸與通訊模塊將主端采集的主操作者的輸入數(shù)據(jù)和處理的結(jié)果傳輸至遠(yuǎn)程從端；從端控制執(zhí)行模塊在接收到主端的數(shù)據(jù)之后解析并驅(qū)動從端機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)的動作。本發(fā)明專利技術(shù)能夠?qū)C(jī)器人實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時在線控制，適用于多種不便于人員直接執(zhí)行任務(wù)的作業(yè)環(huán)境，并且能夠完成遙操作智能維護(hù)系統(tǒng)輔助維護(hù)任務(wù)。

Robot assisted intelligent maintenance system based on remote control

The invention provides a robot assisted remote control of intelligent maintenance system, based on the main control platform includes: terminal module, input signal acquisition and processing module, signal transmission and communication module, from the end of the control execution module; the main module of the remote control to control platform of remote control system of main terminal Teleoperation personnel to provide a platform and ergonomic operation environment; the main input signal acquisition and processing module of the remote operator commands for motion data acquisition and processing; the main operator of signal transmission and communication module will host the acquisition of input data and the processing results are transmitted to the remote from the end to end after the main execution module; data analysis the actuator executes the corresponding action from the end of the robot at the receiving end control from. The invention can realize the remote real-time online control of the robot, and is suitable for a plurality of working environments which are not convenient for people to carry out the task directly.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及人工智能
，具體地，涉及一種基于遠(yuǎn)程操控的機(jī)器人輔助智能維護(hù)系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
針對許多任務(wù)操作人員不便于直接介入其實(shí)際操作環(huán)境，比如遠(yuǎn)距離外太空、深海內(nèi)及海底、強(qiáng)熱強(qiáng)磁場強(qiáng)輻射強(qiáng)曝光強(qiáng)刺激等極端惡劣具有強(qiáng)危害性場所、過于狹小或不便于人員直接進(jìn)入的腔體等；具體不同環(huán)境下可能面臨的任務(wù)會涉及面對操作人員不能直接進(jìn)入這些特殊環(huán)境下的作業(yè)任務(wù)需求，可以通過借助機(jī)器人或某些機(jī)構(gòu)裝置攜帶具備一定功能的操作設(shè)備進(jìn)入到目標(biāo)環(huán)境進(jìn)行輔助維護(hù)維修操作并通過遠(yuǎn)程通訊進(jìn)行遙操作控制以執(zhí)行具體作業(yè)。針對有些場景的作業(yè)需要領(lǐng)域內(nèi)的專家進(jìn)行指導(dǎo)或直接操作實(shí)施，而領(lǐng)域內(nèi)的專家人數(shù)有限或者專家很難保證恰好在場，有時需要某地區(qū)某單位某位特定的專家及時伸出援手來完成某一個環(huán)節(jié)的操作；而這些情況的作業(yè)任務(wù)很難保證所需要專家人員恰好能夠及時趕到操控現(xiàn)場，這樣的任務(wù)需求可以通過遠(yuǎn)程操控機(jī)器人輔助操作系統(tǒng)進(jìn)行及時實(shí)現(xiàn)。通過遠(yuǎn)程操控技術(shù)，結(jié)合遠(yuǎn)端視頻、音頻、觸覺等信息實(shí)時監(jiān)控反饋至任意位置的主端操控者，可以有效及時的讓遙操作者及領(lǐng)域其他專家進(jìn)行正確的動作輸入，并可以讓多位領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行聯(lián)合監(jiān)控指導(dǎo)，以更好地實(shí)現(xiàn)對特定環(huán)境下的不同維護(hù)作業(yè)任務(wù)；也可以實(shí)現(xiàn)讓廣大學(xué)習(xí)具體操作的人員實(shí)時通過遠(yuǎn)程操控平臺實(shí)時分享和學(xué)習(xí)從端實(shí)際操作場景及操作輸入動作等。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本專利技術(shù)的目的是提供一種基于遠(yuǎn)程操控的機(jī)器人輔助智能維護(hù)系統(tǒng)。根據(jù)本專利技術(shù)提供的基于遠(yuǎn)程操控的機(jī)器人輔助智能維護(hù)系統(tǒng)，包括：主端操控平臺模塊、主端輸入信號采集與處理模塊、信號傳輸與通訊模塊、從端控制執(zhí)行模塊、從端現(xiàn)場信息采集反饋模塊；其中：所述主端操控平臺模塊，用于對遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)主端遙操作人員的操控提供平臺和符合人機(jī)工程學(xué)的操作環(huán)境；所述主端輸入信號采集與處理模塊，用于對遙操作人員的動作指令進(jìn)行運(yùn)動數(shù)據(jù)采集、運(yùn)動狀態(tài)求解、姿態(tài)計(jì)算、位姿變化信息計(jì)算以及數(shù)據(jù)濾波處理；所述信號傳輸與通訊模塊，用于將主端采集的主操作人員的輸入數(shù)據(jù)和處理的結(jié)果傳輸至遠(yuǎn)程從端；所述從端控制執(zhí)行模塊，用于在接收到主端的數(shù)據(jù)之后解析并求解出正確的控制信號，根據(jù)得到的運(yùn)動和姿態(tài)變化目標(biāo)驅(qū)動從端機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)的動作；所述從端現(xiàn)場信息采集反饋模塊，用于將遠(yuǎn)程從端的現(xiàn)場狀況通過視頻或音頻設(shè)備采集到的信息反饋傳輸至主端。優(yōu)選地，所述主端輸入信號采集與處理模塊包括：主端輸入動作采集設(shè)備和主端數(shù)據(jù)采集與處理計(jì)算機(jī)，所述主端輸入動作采集設(shè)備將采集到的6至7個自由度的機(jī)構(gòu)的運(yùn)動信息傳輸至主端數(shù)據(jù)采集與處理計(jì)算機(jī)，由主端數(shù)據(jù)采集與處理計(jì)算機(jī)結(jié)合機(jī)構(gòu)自身正運(yùn)動學(xué)計(jì)算出機(jī)構(gòu)末端控制點(diǎn)相對自身設(shè)定基坐標(biāo)系的空間位置和姿態(tài)角度信息，以獲取主端操作者控制點(diǎn)的實(shí)時位姿信息，并進(jìn)行濾波處理后發(fā)送至信號傳輸與通訊模塊。優(yōu)選地，所述信號傳輸與通訊模塊采用Ethernet線纜，或者通過Internet網(wǎng)絡(luò)及路由器將采集的主操作者的輸入數(shù)據(jù)和處理的結(jié)果傳輸至遠(yuǎn)程從端。優(yōu)選地，所述從端控制執(zhí)行模塊能夠驅(qū)動不同尺寸、不同自由度、不同構(gòu)型、不同精度、不同特性的機(jī)器人，即能夠根據(jù)具體的操作環(huán)境選擇安裝不同的機(jī)器人來完成主端的操作任務(wù)。優(yōu)選地，所述從端現(xiàn)場信息采集反饋模塊包括：視頻信息采集設(shè)備、音頻信息采集設(shè)備、力覺觸覺信息采集設(shè)備；其中：所述視頻信息采集設(shè)備包括：攝像頭、內(nèi)窺鏡、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、無線傳輸攝像頭；所述音頻信息采集設(shè)備包括：話筒；所述力覺觸覺信息采集設(shè)備包括：力傳感器。優(yōu)選地，還包括從端信息實(shí)時監(jiān)控顯示設(shè)備，用于顯示從端場景采集到的視頻信息、音頻信息、力覺觸覺信息。優(yōu)選地，還包括主從匹配協(xié)調(diào)控制模塊，用于建立主端工作空間與從端工作空間之間的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)主從不同控制目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動正確匹配，或?qū)崿F(xiàn)從端對主端動作輸入的放大、縮小以及抖動消除處理。優(yōu)選地，主端的位姿信息能夠由絕對式或者增量式兩種控制輸入模式獲得；絕對式是指：通過實(shí)時計(jì)算主端設(shè)備控制點(diǎn)相對主端自身基坐標(biāo)系的絕對位姿信息作為輸入并按規(guī)則映射到從端機(jī)器人機(jī)構(gòu)相對從端自身基坐標(biāo)系的絕對位姿；增量式是指：通過求取主端操作設(shè)備控制點(diǎn)相鄰兩個控制周期的位置和姿態(tài)的變化量，再結(jié)合指定規(guī)則映射到從端機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)末端控制點(diǎn)的相對自身坐標(biāo)系或者世界坐標(biāo)系的位姿。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下的有益效果：本專利技術(shù)提供的基于遠(yuǎn)程操控的機(jī)器人輔助智能維護(hù)系統(tǒng)可以方便地遠(yuǎn)程實(shí)時在線地對處在相對狹小空間、特殊惡劣環(huán)境、封閉體內(nèi)環(huán)境等狀況下不便于人員直接執(zhí)行任務(wù)的對象進(jìn)行狀態(tài)檢測檢驗(yàn)、具體環(huán)節(jié)的維護(hù)維修。本專利技術(shù)還適用于病患部位的輔助手術(shù)治療等遠(yuǎn)程輔助維護(hù)救助操作，有效完成遙操作智能維護(hù)系統(tǒng)輔助維護(hù)任務(wù)。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本專利技術(shù)的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：圖1為較近距離的遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)反饋信息直接傳輸方案架構(gòu)示意圖；圖2為遠(yuǎn)距離的遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)反饋信息經(jīng)主從通訊層一起傳輸方案架構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本專利技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本專利技術(shù)，但不以任何形式限制本專利技術(shù)。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本專利技術(shù)構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。根據(jù)本專利技術(shù)提供的基于遠(yuǎn)程操控的機(jī)器人輔助智能維護(hù)系統(tǒng)，包括：主端操控平臺模塊、主端輸入信號采集與處理模塊、信號傳輸與通訊模塊、從端控制執(zhí)行模塊、從端現(xiàn)場信息采集反饋模塊；其中：所述主端操控平臺模塊，用于對遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)主端遙操作人員的操控提供平臺和符合人機(jī)工程學(xué)的操作環(huán)境；所述主端輸入信號采集與處理模塊，用于對遙操作人員的動作指令進(jìn)行運(yùn)動數(shù)據(jù)采集、運(yùn)動狀態(tài)求解、姿態(tài)計(jì)算、位姿變化信息計(jì)算以及數(shù)據(jù)濾波處理；所述信號傳輸與通訊模塊，用于將主端采集的主操作者的輸入數(shù)據(jù)和處理的結(jié)果傳輸至遠(yuǎn)程從端；所述從端控制執(zhí)行模塊，用于在接收到主操作端的數(shù)據(jù)之后解析并求解出正確的控制信號，根據(jù)得到的運(yùn)動和姿態(tài)變化目標(biāo)驅(qū)動從端機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)的動作；從端現(xiàn)場信息采集反饋模塊，用于將遠(yuǎn)程從端的現(xiàn)場狀況通過視頻或音頻設(shè)備采集到的信息反饋傳輸至主端；以供主操作者監(jiān)控和決策，以使主操作者更好地輸入和下達(dá)下一步動作指令信息，整體構(gòu)成一個反饋控制系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控智能維護(hù)功能。如圖1所示，基于遠(yuǎn)程操控的機(jī)器人輔助智能維護(hù)系統(tǒng)，其組成主要包括：主端操作動作輸入設(shè)備、主端數(shù)據(jù)采集與處理計(jì)算機(jī)、主從端數(shù)據(jù)下發(fā)及反饋傳輸通訊系統(tǒng)(主從通訊層)、從端數(shù)據(jù)接收與處理計(jì)算機(jī)、從端維護(hù)動作機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)、從端現(xiàn)場場景信息采集設(shè)備、主端信息反饋顯示監(jiān)控設(shè)備。主端輸入動作采集設(shè)備采用可以購買的產(chǎn)品或者自主設(shè)計(jì)一個并聯(lián)或者串聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)6至7個自由度的運(yùn)動控制，通過主端操控該6至7個自由度的機(jī)構(gòu)可以實(shí)時獲取并輸出每個關(guān)節(jié)的運(yùn)動信息；在主端數(shù)據(jù)采集與處理計(jì)算機(jī)上可以結(jié)合機(jī)構(gòu)自身正運(yùn)動學(xué)計(jì)算出機(jī)構(gòu)末端控制點(diǎn)相對自身設(shè)定基坐標(biāo)系的空間位置和姿態(tài)角度信息，從而求取和確定主端操作者控制點(diǎn)的實(shí)時位姿信息，并可以對輸入信息進(jìn)行根據(jù)實(shí)際需要的處理如濾波處理等；通過主從端數(shù)據(jù)下發(fā)及反饋傳輸通訊系統(tǒng)對采集和處理的數(shù)據(jù)信息下發(fā)給遠(yuǎn)程從端的系統(tǒng)，該通訊系統(tǒng)需保證數(shù)據(jù)完整、正確、高效地傳輸至本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于遠(yuǎn)程操控的機(jī)器人輔助智能維護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，包括：主端操控平臺模塊、主端輸入信號采集與處理模塊、信號傳輸與通訊模塊、從端控制執(zhí)行模塊、從端現(xiàn)場信息采集反饋模塊；其中：所述主端操控平臺模塊，用于對遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)主端遙操作人員的操控提供平臺和符合人機(jī)工程學(xué)的操作環(huán)境；所述主端輸入信號采集與處理模塊，用于對遙操作人員的動作指令進(jìn)行運(yùn)動數(shù)據(jù)采集、運(yùn)動狀態(tài)求解、姿態(tài)計(jì)算、位姿變化信息計(jì)算以及數(shù)據(jù)濾波處理；所述信號傳輸與通訊模塊，用于將主端采集的主操作人員的輸入數(shù)據(jù)和處理的結(jié)果傳輸至遠(yuǎn)程從端；所述從端控制執(zhí)行模塊，用于在接收到主端的數(shù)據(jù)之后解析并求解出正確的控制信號，根據(jù)得到的運(yùn)動和姿態(tài)變化目標(biāo)驅(qū)動從端機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)的動作；所述從端現(xiàn)場信息采集反饋模塊，用于將遠(yuǎn)程從端的現(xiàn)場狀況通過視頻或音頻設(shè)備采集到的信息反饋傳輸至主端。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于遠(yuǎn)程操控的機(jī)器人輔助智能維護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，包括：主端操控平臺模塊、主端輸入信號采集與處理模塊、信號傳輸與通訊模塊、從端控制執(zhí)行模塊、從端現(xiàn)場信息采集反饋模塊；其中：所述主端操控平臺模塊，用于對遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)主端遙操作人員的操控提供平臺和符合人機(jī)工程學(xué)的操作環(huán)境；所述主端輸入信號采集與處理模塊，用于對遙操作人員的動作指令進(jìn)行運(yùn)動數(shù)據(jù)采集、運(yùn)動狀態(tài)求解、姿態(tài)計(jì)算、位姿變化信息計(jì)算以及數(shù)據(jù)濾波處理；所述信號傳輸與通訊模塊，用于將主端采集的主操作人員的輸入數(shù)據(jù)和處理的結(jié)果傳輸至遠(yuǎn)程從端；所述從端控制執(zhí)行模塊，用于在接收到主端的數(shù)據(jù)之后解析并求解出正確的控制信號，根據(jù)得到的運(yùn)動和姿態(tài)變化目標(biāo)驅(qū)動從端機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)的動作；所述從端現(xiàn)場信息采集反饋模塊，用于將遠(yuǎn)程從端的現(xiàn)場狀況通過視頻或音頻設(shè)備采集到的信息反饋傳輸至主端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遠(yuǎn)程操控的機(jī)器人輔助智能維護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述主端輸入信號采集與處理模塊包括：主端輸入動作采集設(shè)備和主端數(shù)據(jù)采集與處理計(jì)算機(jī)，所述主端輸入動作采集設(shè)備將采集到的6至7個自由度的機(jī)構(gòu)的運(yùn)動信息傳輸至主端數(shù)據(jù)采集與處理計(jì)算機(jī)，由主端數(shù)據(jù)采集與處理計(jì)算機(jī)結(jié)合機(jī)構(gòu)自身正運(yùn)動學(xué)計(jì)算出機(jī)構(gòu)末端控制點(diǎn)相對自身設(shè)定基坐標(biāo)系的空間位置和姿態(tài)角度信息，以獲取主端操作者控制點(diǎn)的實(shí)時位姿信息，并進(jìn)行濾波處理后發(fā)送至信號傳輸與通訊模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遠(yuǎn)程操控的機(jī)器人輔助智能維護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述信號傳輸與通訊模塊采用Ethernet線纜，或者通過Internet網(wǎng)絡(luò)及路由器將采集的主操作者的輸入數(shù)據(jù)和處理的結(jié)果傳輸至遠(yuǎn)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：曹其新，白衛(wèi)邦，王鵬飛，陳鵬，
申請(專利權(quán))人：上海交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31