一種七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路制造技術

本實用新型專利技術公開一種七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路，其特征在于包括微處理器模塊、位置檢測模塊、力反饋模塊、通訊接口模塊和電源模塊。位置檢測模塊檢測手控器的七個自由度的位置信息；力反饋模塊為手控器各自由度提供反饋力/力矩；通訊接口模塊用于手控器測控系統與計算機之間的通訊，通訊方式包括USB通信和串口通信；功能鍵為手控器提供復位、擴展行程、記錄當前位置信息的功能；電源模塊為整個手控器測控系統提供電源。本實用新型專利技術采用增量式光電編碼盤測量七自由度手控器的位置信息，采用直流伺服電機為七自由度手控器提供七自由度反饋力/力矩，滿足七自由度力反饋遙操作的要求。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路，可廣泛應用于多自由度力反饋遙操作場合，如航空航天、醫療、虛擬現實等。二
技術介紹
隨著交互式遙操作機器人的廣泛應用，將需要大量的具有力觸覺反饋的人機接口裝置。機器人手控器是常見的機器人遙操作人機接口裝置，它一方面測量操作者手部的位置信息作為控制指令控制機械手或者虛擬現實中的虛擬機械手跟蹤人手的運動，另一方面，將機器人反饋回來的力觸覺信息轉換成直接作用于人手的力或力矩，使操作者產生在遠地機器人工作現場或虛擬機器人工作現場的“身臨其境”的力觸覺臨場感效果，從而實現帶感覺的控制，或者在虛擬環境中產生真實的觸摸感覺。七自由度力反饋手控器能夠滿足多自由度帶力反饋遙操作的要求，可應用于航空航天、醫療、搶險救援、虛擬現實等領域，具有廣泛的應用價值。三
技術實現思路
本技術的目的在于提供一種能夠提高系統穩定性和可靠性的七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路。本技術采用如下技術方案:一種七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路，包括:微處理器模塊、位置檢測模塊、力反饋模塊、通訊接口模塊及電源模塊，在微處理器模塊上分別連接有位置檢測模塊和力反饋模塊，位置檢測模塊包括含有第一至第七光電編碼盤的光電編碼電路、含有第一至第七光耦合器的第一光電隔離電路、含有第一至第三計數器的脈沖計數電路及含有第一至第四D觸發器的鑒相電路，光電編碼電路中的7個光電編碼盤分別用于接收七自由度力反饋手控器的7個自由度的位置信號，且每個光電編碼盤產生A相脈沖信號和B相脈沖信號，第一至第七光電編碼盤產生的7路A相脈沖信號分別通過第一至第七光耦合器傳送至第一至第三計數器，脈沖計數電路的輸出端和控制端與微處理器模塊的計數數據端口和計數控制端口相連，第一至第七光電編碼盤產生的7路A相脈沖信號和7路B相脈沖信號分別通過第一至第七光耦合器傳送至第一至第四D觸發器，鑒相電路的輸出端與微處理器模塊的方向數據端口相連，力反饋模塊包括含有第一至第四非門的反相電路，含有第八至第九光耦合器的第二光電隔離電路，含有第一至第二 D/A轉換器的D/A轉換電路，含有第一至第七電機驅動器的電機驅動電路，含有第一至第七直流電機的電機組，反向電路中的4個非門的輸入端分別與微處理器模塊的力反饋數據輸出端和力反饋控制輸出端相連，第一至第四非門的4個輸出端分別通過第八至第九光耦合器傳送至第一至第二 D/A轉換器，第一至第二 D/A轉換器的14個 輸出端分別通過第一至第七電機驅動器傳送至第一至第七直流電機，第一至第七直流電機通過堵轉方式為手控器的各個自由度提供反饋力/力矩。與現有技術相比，本技術具有如下優點:1、本技術七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路可測量手控器七個自由度的位置信息和為手控器各自由度提供反饋力/力矩，滿足多自由度力反饋遙操作的要求。2、本技術七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路具有串口通訊接口和USB通訊接口，滿足不同應用場合對通訊接口的要求，擴大了手控器的使用范圍。3、本技術七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路通過功能鍵模塊，為手控器提供復位、擴展行程、記錄當前位置信息的功能，滿足遙操作過程中的特殊需求。4、本技術七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路的位置檢測模塊采用獨立的位置檢測模塊(包括脈沖計數電路和鑒相電路)對編碼盤的脈沖信號進行計數，既減輕了對微處理器資源的占用，而且當單片機程序跑飛時，位置檢測模塊依舊能夠記錄手控器的位置信息，使得單片機重新正常工作后依舊能夠獲取到手控器準確的位置信息，保證了系統的穩定性和可靠性。現有手控器測控系統中采用微處理器直接對編碼盤的脈沖進行計數以獲得手控器的位置信息，當微處理器中的程序跑飛時不能記錄到手控器正確的位置信息。5、本技術七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路力反饋模塊中采用直流電機堵轉的形式為手控器提供反饋力/力矩，效率高、控制過程簡單。四附圖說明圖1是本技術七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路的系統組成框圖。圖2是本實用新 型七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路位置檢測模塊組成框圖。圖3是本技術七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路的光電編碼盤電路和第一光電隔離電路。圖4是本技術七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路的脈沖計數電路。圖5是本技術七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路的鑒相電路。圖6是本技術七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路力反饋模塊組成框圖。圖7是本技術七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路的反相電路、第二光電隔離電路及D/A轉換電路。圖8是本技術七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路的電機驅動電路。圖9是本技術七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路通信接口模塊組成框圖。圖10是本技術七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路通信接口模塊電路圖圖11是本技術七自由度力反饋手控器測控系微處理器電路圖。圖12是本技術七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路電源模塊組成框圖。圖13是本技術七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路電源模塊電路圖。圖14是本技術七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路下位機軟件流程圖。五具體實施方式以下結合附圖詳細說本技術的具體實施步驟。參閱圖1，本技術七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路，包括:微處理器模塊1、位置檢測模塊2、力反饋模塊3、通訊接口模塊4和電源模塊5。采用增量式光電編碼盤測量手控器的位置信息，采用直流伺服電機堵轉的形式為手控器提供反饋力/力矩。微處理器模塊I通過通訊接口模塊4與計算機進行通信，通信方式包括串口通信和USB通信。位置檢測模塊2將檢測到的手控器各自由度的位置信息送至微處理器模塊1，微處理器模塊I將處理后的位置信息通過通訊接口模塊4送至計算機；微處理器模塊I通過通訊接口模塊4接收計算機的反饋力信息，微處理器模塊I將處理后的反饋力信息通過力反饋模塊3向手控器輸出反饋力/力矩。參閱圖2，位置檢測模塊包括光電編碼盤201、第一光電隔離電路202、脈沖計數電路203、盤鑒相電路204。光電編碼電路201中第一至第七光電編碼盤Encoderl_Encoder7選用增量式光電編碼盤，光電隔離電路202中第一至第七光耦合器U2-1 - U2-7選用雙路高速光耦HCPL-2630，脈沖計數電路 203中第一至第三計數器U2-8-U2-10選用8254芯片，第一電平轉換器U2-11選用SN74CBTD3384芯片，鑒相電路204中第一至第四鑒相器U2-12-U2-15選用D觸發器7474芯片，第二電平轉換器U2-16選用SN74CBTD3384芯片，光電編碼電路201中第一至第七光電編碼盤Encoderl-Encoder7分別與電機組305中第一至第七直流電機的輸出軸Motor_Shaftl_Motor_Shaft7相連，第一至第七光電編碼盤Encoderl_Encoder7的A、B相脈沖輸出端分別與光電隔離電路202中第一至第七光耦合器U2-1-U2-7的發光管的兩個負極(HCPL-2630的引腳1、4)相連，第一至第七光耦合器的輸出端(HCPL-2630的引腳7本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種七自由度力反饋機器人遙操作手控器測控電路，包括：微處理器模塊（1）、通訊接口模塊（4）及電源模塊（5），其特征在于，在微處理器模塊（1）上分別連接有位置檢測模塊（2）和力反饋模塊（3），所述位置檢測模塊（2）包括含有第一至第七光電編碼盤的光電編碼電路（201）、含有第一至第七光耦合器的第一光電隔離電路（202）、含有第一至第三計數器的脈沖計數電路（203）及含有第一至第四D觸發器的鑒相電路（204），所述光電編碼電路（201）中的7個光電編碼盤分別用于接收七自由度力反饋手控器的7個自由度的位置信號，且每個光電編碼盤產生A相脈沖信號和B相脈沖信號，第一至第七光電編碼盤產生的7路A相脈沖信號分別通過第一至第七光耦合器傳送至第一至第三計數器，脈沖計數電路（203）的輸出端和控制端與微處理器模塊（1）的計數數據端口和計數控制端口相連，第一至第七光電編碼盤產生的7路A相脈沖信號和7路B相脈沖信號分別通過第一至第七光耦合器傳送至第一至第四D觸發器，鑒相電路（204）的輸出端與微處理器模塊（1）的方向數據端口相連，所述力反饋模塊（3）包括含有第一至第四非門的反相電路（301），含有第八至第九光耦合器的第二光電隔離電路（302），含有第一至第二D/A轉換器的D/A轉換電路（303），含有第一至第七電機驅動器的電機驅動電路（304），含有第一至第七直流電機的電機組（305），所述的反向電路（301）中的4個非門的輸入端分別與微處理器模塊（1）的力反饋數據輸出端和力反饋控制輸出端相連，第一至第四非門的4個輸出端分別通過第八至第九光耦合器傳送至第一至第二D/A轉換器，第一至第二D/A轉換器的14個輸出端分別通過第一至第七電機驅動器傳送至第一至第七直流電機，第一至第七直流電機通過堵轉方式為手控器的各個自由度提供反饋力/力矩。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋愛國，吳常鋮，崔建偉，吳涓，曹寅，朱澄澄，李會軍，徐寶國，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：實用新型
國別省市：