基于远程操控的机器人辅助智能维护系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于远程操控的机器人辅助智能维护系统，包括：主端操控平台模块、主端输入信号采集与处理模块、信号传输与通讯模块、从端控制执行模块；主端操控平台模块对远程操控系统主端遥操作人员的操控提供平台和符合人机工程学的操作环境；主端输入信号采集与处理模块对遥操作人员的动作指令进行运动数据采集和处理；信号传输与通讯模块将主端采集的主操作者的输入数据和处理的结果传输至远程从端；从端控制执行模块在接收到主端的数据之后解析并驱动从端机器人执行机构执行相应的动作。本发明专利技术能够对机器人实现远程实时在线控制，适用于多种不便于人员直接执行任务的作业环境，并且能够完成遥操作智能维护系统辅助维护任务。

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.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及人工智能
，具体地，涉及一种基于远程操控的机器人辅助智能维护系统。
技术介绍
针对许多任务操作人员不便于直接介入其实际操作环境，比如远距离外太空、深海内及海底、强热强磁场强辐射强曝光强刺激等极端恶劣具有强危害性场所、过于狭小或不便于人员直接进入的腔体等；具体不同环境下可能面临的任务会涉及面对操作人员不能直接进入这些特殊环境下的作业任务需求，可以通过借助机器人或某些机构装置携带具备一定功能的操作设备进入到目标环境进行辅助维护维修操作并通过远程通讯进行遥操作控制以执行具体作业。针对有些场景的作业需要领域内的专家进行指导或直接操作实施，而领域内的专家人数有限或者专家很难保证恰好在场，有时需要某地区某单位某位特定的专家及时伸出援手来完成某一个环节的操作；而这些情况的作业任务很难保证所需要专家人员恰好能够及时赶到操控现场，这样的任务需求可以通过远程操控机器人辅助操作系统进行及时实现。通过远程操控技术，结合远端视频、音频、触觉等信息实时监控反馈至任意位置的主端操控者，可以有效及时的让遥操作者及领域其他专家进行正确的动作输入，并可以让多位领域专家进行联合监控指导，以更好地实现对特定环境下的不同维护作业任务；也可以实现让广大学习具体操作的人员实时通过远程操控平台实时分享和学习从端实际操作场景及操作输入动作等。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于远程操控的机器人辅助智能维护系统。根据本专利技术提供的基于远程操控的机器人辅助智能维护系统，包括：主端操控平台模块、主端输入信号采集与处理模块、信号传输与通讯模块、从端控制执行模块、从端现场信息采集反馈模块；其中：所述主端操控平台模块，用于对远程操控系统主端遥操作人员的操控提供平台和符合人机工程学的操作环境；所述主端输入信号采集与处理模块，用于对遥操作人员的动作指令进行运动数据采集、运动状态求解、姿态计算、位姿变化信息计算以及数据滤波处理；所述信号传输与通讯模块，用于将主端采集的主操作人员的输入数据和处理的结果传输至远程从端；所述从端控制执行模块，用于在接收到主端的数据之后解析并求解出正确的控制信号，根据得到的运动和姿态变化目标驱动从端机器人执行机构执行相应的动作；所述从端现场信息采集反馈模块，用于将远程从端的现场状况通过视频或音频设备采集到的信息反馈传输至主端。优选地，所述主端输入信号采集与处理模块包括：主端输入动作采集设备和主端数据采集与处理计算机，所述主端输入动作采集设备将采集到的6至7个自由度的机构的运动信息传输至主端数据采集与处理计算机，由主端数据采集与处理计算机结合机构自身正运动学计算出机构末端控制点相对自身设定基坐标系的空间位置和姿态角度信息，以获取主端操作者控制点的实时位姿信息，并进行滤波处理后发送至信号传输与通讯模块。优选地，所述信号传输与通讯模块采用Ethernet线缆，或者通过Internet网络及路由器将采集的主操作者的输入数据和处理的结果传输至远程从端。优选地，所述从端控制执行模块能够驱动不同尺寸、不同自由度、不同构型、不同精度、不同特性的机器人，即能够根据具体的操作环境选择安装不同的机器人来完成主端的操作任务。优选地，所述从端现场信息采集反馈模块包括：视频信息采集设备、音频信息采集设备、力觉触觉信息采集设备；其中：所述视频信息采集设备包括：摄像头、内窥镜、网络摄像头、无线传输摄像头；所述音频信息采集设备包括：话筒；所述力觉触觉信息采集设备包括：力传感器。优选地，还包括从端信息实时监控显示设备，用于显示从端场景采集到的视频信息、音频信息、力觉触觉信息。优选地，还包括主从匹配协调控制模块，用于建立主端工作空间与从端工作空间之间的映射关系，实现主从不同控制目标点的运动正确匹配，或实现从端对主端动作输入的放大、缩小以及抖动消除处理。优选地，主端的位姿信息能够由绝对式或者增量式两种控制输入模式获得；绝对式是指：通过实时计算主端设备控制点相对主端自身基坐标系的绝对位姿信息作为输入并按规则映射到从端机器人机构相对从端自身基坐标系的绝对位姿；增量式是指：通过求取主端操作设备控制点相邻两个控制周期的位置和姿态的变化量，再结合指定规则映射到从端机器人执行机构末端控制点的相对自身坐标系或者世界坐标系的位姿。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术提供的基于远程操控的机器人辅助智能维护系统可以方便地远程实时在线地对处在相对狭小空间、特殊恶劣环境、封闭体内环境等状况下不便于人员直接执行任务的对象进行状态检测检验、具体环节的维护维修。本专利技术还适用于病患部位的辅助手术治疗等远程辅助维护救助操作，有效完成遥操作智能维护系统辅助维护任务。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为较近距离的远程操控系统反馈信息直接传输方案架构示意图；图2为远距离的远程操控系统反馈信息经主从通讯层一起传输方案架构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。根据本专利技术提供的基于远程操控的机器人辅助智能维护系统，包括：主端操控平台模块、主端输入信号采集与处理模块、信号传输与通讯模块、从端控制执行模块、从端现场信息采集反馈模块；其中：所述主端操控平台模块，用于对远程操控系统主端遥操作人员的操控提供平台和符合人机工程学的操作环境；所述主端输入信号采集与处理模块，用于对遥操作人员的动作指令进行运动数据采集、运动状态求解、姿态计算、位姿变化信息计算以及数据滤波处理；所述信号传输与通讯模块，用于将主端采集的主操作者的输入数据和处理的结果传输至远程从端；所述从端控制执行模块，用于在接收到主操作端的数据之后解析并求解出正确的控制信号，根据得到的运动和姿态变化目标驱动从端机器人执行机构执行相应的动作；从端现场信息采集反馈模块，用于将远程从端的现场状况通过视频或音频设备采集到的信息反馈传输至主端；以供主操作者监控和决策，以使主操作者更好地输入和下达下一步动作指令信息，整体构成一个反馈控制系统从而实现远程操控智能维护功能。如图1所示，基于远程操控的机器人辅助智能维护系统，其组成主要包括：主端操作动作输入设备、主端数据采集与处理计算机、主从端数据下发及反馈传输通讯系统(主从通讯层)、从端数据接收与处理计算机、从端维护动作机器人执行机构、从端现场场景信息采集设备、主端信息反馈显示监控设备。主端输入动作采集设备采用可以购买的产品或者自主设计一个并联或者串联机构实现6至7个自由度的运动控制，通过主端操控该6至7个自由度的机构可以实时获取并输出每个关节的运动信息；在主端数据采集与处理计算机上可以结合机构自身正运动学计算出机构末端控制点相对自身设定基坐标系的空间位置和姿态角度信息，从而求取和确定主端操作者控制点的实时位姿信息，并可以对输入信息进行根据实际需要的处理如滤波处理等；通过主从端数据下发及反馈传输通讯系统对采集和处理的数据信息下发给远程从端的系统，该通讯系统需保证数据完整、正确、高效地传输至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于远程操控的机器人辅助智能维护系统，其特征在于，包括：主端操控平台模块、主端输入信号采集与处理模块、信号传输与通讯模块、从端控制执行模块、从端现场信息采集反馈模块；其中：所述主端操控平台模块，用于对远程操控系统主端遥操作人员的操控提供平台和符合人机工程学的操作环境；所述主端输入信号采集与处理模块，用于对遥操作人员的动作指令进行运动数据采集、运动状态求解、姿态计算、位姿变化信息计算以及数据滤波处理；所述信号传输与通讯模块，用于将主端采集的主操作人员的输入数据和处理的结果传输至远程从端；所述从端控制执行模块，用于在接收到主端的数据之后解析并求解出正确的控制信号，根据得到的运动和姿态变化目标驱动从端机器人执行机构执行相应的动作；所述从端现场信息采集反馈模块，用于将远程从端的现场状况通过视频或音频设备采集到的信息反馈传输至主端。

【技术特征摘要】
1.一种基于远程操控的机器人辅助智能维护系统，其特征在于，包括：主端操控平台模块、主端输入信号采集与处理模块、信号传输与通讯模块、从端控制执行模块、从端现场信息采集反馈模块；其中：所述主端操控平台模块，用于对远程操控系统主端遥操作人员的操控提供平台和符合人机工程学的操作环境；所述主端输入信号采集与处理模块，用于对遥操作人员的动作指令进行运动数据采集、运动状态求解、姿态计算、位姿变化信息计算以及数据滤波处理；所述信号传输与通讯模块，用于将主端采集的主操作人员的输入数据和处理的结果传输至远程从端；所述从端控制执行模块，用于在接收到主端的数据之后解析并求解出正确的控制信号，根据得到的运动和姿态变化目标驱动从端机器人执行机构执行相应的动作；所述从端现场信息采集反馈模块，用于将远程从端的现场状况通过视频或音频设备采集到的信息反馈传输至主端。2.根据权利要求1所述的基于远程操控的机器人辅助智能维护系统，其特征在于，所述主端输入信号采集与处理模块包括：主端输入动作采集设备和主端数据采集与处理计算机，所述主端输入动作采集设备将采集到的6至7个自由度的机构的运动信息传输至主端数据采集与处理计算机，由主端数据采集与处理计算机结合机构自身正运动学计算出机构末端控制点相对自身设定基坐标系的空间位置和姿态角度信息，以获取主端操作者控制点的实时位姿信息，并进行滤波处理后发送至信号传输与通讯模块。3.根据权利要求1所述的基于远程操控的机器人辅助智能维护系统，其特征在于，所述信号传输与通讯模块采用Ethernet线缆，或者通过Internet网络及路由器将采集的主操作者的输入数据和处理的结果传输至远...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹其新，白卫邦，王鹏飞，陈鹏，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31