CN101890713A - 一种基于主动视觉的气浮遥操作平台 - Google Patents
一种基于主动视觉的气浮遥操作平台 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101890713A CN101890713A CN 201010191289 CN201010191289A CN101890713A CN 101890713 A CN101890713 A CN 101890713A CN 201010191289 CN201010191289 CN 201010191289 CN 201010191289 A CN201010191289 A CN 201010191289A CN 101890713 A CN101890713 A CN 101890713A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- joint
- platform
- mounting base
- elbow joint
- motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 210000002310 elbow joint Anatomy 0.000 claims abstract description 53
- 210000000323 shoulder joint Anatomy 0.000 claims abstract description 47
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 30
- 210000002683 foot Anatomy 0.000 claims description 15
- 210000000245 forearm Anatomy 0.000 claims description 14
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 claims description 4
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 5
- 239000004579 marble Substances 0.000 description 4
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- MFRCZYUUKMFJQJ-UHFFFAOYSA-N 1,4-dioxane-2,5-dione;1,3-dioxan-2-one Chemical compound O=C1OCCCO1.O=C1COC(=O)CO1 MFRCZYUUKMFJQJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100484954 Arabidopsis thaliana VQ20 gene Proteins 0.000 description 1
- 241000282341 Mustela putorius furo Species 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000005486 microgravity Effects 0.000 description 1
- 230000033764 rhythmic process Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Accessories Of Cameras (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于主动视觉的气浮遥操作平台，属于空间机器人技术领域。其中，高压气瓶置于气浮平台内，气浮平台的底部设有气足和喷嘴。机械臂安装基座、电源模块、电机驱动器和控制器分别置于气浮平台上。控制器通过连接电缆与电磁阀相连。高压气瓶的阀门分别与喷嘴和气足相连。主动视觉装置和两个机械臂通过机械臂安装基座上固定在气浮平台上。主动视觉装置由可旋转摄像机和基座组成。机械臂的肩关节固定在机械臂安装基座上，其大臂、肘关节、小臂依次与肩关节相连接。本发明遥操作平台，增加了主动视觉功能，使平台上的摄像头自适应的跟踪目标物，使目标物始终处于摄像头视场的中心部位，极大方便了遥操作人员的观察，提高了遥操作的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于主动视觉的气浮遥操作平台，属于空间机器人技术领域。
背景技术
人类进入21世纪，科技高速发展，已经开始积极地向地球外的领域开拓。开发太空和利用空间的能力已成为衡量一个国家综合实力和大国地位的重要象征。而空间机器人正逐渐成为未来开发太空的一种重要手段。遥操作是空间机器人的一种重要控制方式，用遥操作空间机器人代替宇航员进行空间作业不但能够避免宇航员舱外作业的风险，还能提高空间探索的经济性和安全性。
由于空间机器人工作在微重力的环境中，且基座不固定，机器人本体和机械手臂之间存在严重的运动耦合，其运动学、动力学模型非常复杂，故十分有必要在地面建立实验验证系统进行预先研究。由于视觉信息占人类获取外界信息的80％左右，所以目前几乎所有的遥操作平台都具有视觉系统，视觉系统也是实际遥操作过程中本地操作员获取遥操作远端环境信息的重要途径。但现有遥操作平台采用的视觉系统缺乏主动视觉功能，摄像机不能主动跟踪目标物，从而在遥操作过程中容易出现目标物偏离出视场的情况，这时就需要人为调整视觉系统，重新搜索目标物，使目标物回到摄像机的视场。但由于遥操作过程中大时延的存在，这个搜索过程往往既费时，效果还不好，故不能最大限度的发挥视觉系统的作用，不利于遥操作任务的顺利完成。
现有空间机器人的遥操作装置存在以下缺点：现有遥操作平台无主动视觉功能，在遥操作过程中容易出现目标物偏离出视场的情况。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于主动视觉的气浮遥操作平台，改变已有遥操作装置的结构，在气浮遥操作平台顶部安装主动视觉摄像机，克服现有遥操作视觉装置存在的不足，以用于空间机械臂遥操作实验验证，及高等学校和科研院所做教学和科研之用。
本发明提出的基于主动视觉的气浮遥操作平台，包括气浮平台、高压气瓶、机械臂安装基座、电源模块、电机驱动器、控制器、主动视觉装置和两个机械臂；所述的高压气瓶通过软垫支撑在气浮平台内，气浮平台的底部设有气足和喷嘴；所述的机械臂安装基座、电源模块、电机驱动器和控制器分别置于气浮平台上，所述的控制器通过连接电缆与气浮平台底部的电磁阀相连，所述的高压气瓶的阀门通过气管、三通接头和电磁阀与气浮平台底部的喷嘴相连，同时通过气管和三通接头与气浮平台底部的气足相连；所述的主动视觉装置和两个机械臂分别安装在机械臂安装基座上，机械臂安装基座固定在气浮平台上；所述的主动视觉装置由可旋转摄像机和基座组成，可旋转摄像机安装在基座上；每个机械臂由肩关节、大臂、肘关节、小臂和手爪组成，所述的肩关节固定在机械臂安装基座上，所述的大臂、肘关节、小臂依次与肩关节相连接，手爪通过安装支架安装在小臂端部。
上述气浮遥操作平台中，所述的肩关节由肩关节电机、连接件和肩关节外壳组成，所述的肩关节电机置于肩关节中心，并通过连接件固定在所述的机械臂安装基座上，肩关节电机的输出轴通过法兰固定在肩关节外壳上，肩关节外壳的一侧设有肩关节接头，大臂的一端通过肩关节接头固定在肩关节外壳上。
上述气浮遥操作平台中，所述的肘关节由肘关节电机、连接件、上肘关节外壳和下肘关节外壳组成，所述的肘关节电机置于肘关节中心，并通过连接件与下肘关节外壳相对固定；肘关节电机的输出轴通过法兰固定在上肘关节外壳上；大臂的另一端通过上肘关节一侧的上肘关节接头固定在上肘节外壳上，小臂的一端通过下肘关节另一侧的下肘关节接头固定在下肘关节外壳上。
上述气浮遥操作平台中，所述的主动视觉装置由可旋转摄像机、输出轴、电机组成，电机通过蜗轮蜗杆与安装基座相连，安装基座固定在所述的机械臂安装基座上，可旋转摄像机通过输出轴与电机联动。
本发明提出的基于主动视觉的气浮遥操作平台，其优点是：现有遥操作平台都没有采用主动视觉功能，故在操作过程中很容易出现目标物偏离出平台摄像头视场的情况，严重影响遥操作的效率，本发明增加了主动视觉功能，能使平台上的摄像头自适应的跟踪目标物，使目标物始终处于摄像头视场的中心部位，极大方便了遥操作人员的观察，提高了遥操作的效率。
附图说明
图1为本发明提出的气浮遥操作平台装置的结构示意图。
图2为本发明的肘关节结构示意图。
图3为本发明的肩关节结构示意图。
图4为本发明的主动视觉装置的结构示意图。
图1中，1是手爪，2是安装支架，3是小臂，4是肘关节，5是大臂，6是肩关节，7是主动视觉装置，8是机械臂安装基座，9是电源模块，10是电机驱动器，11是控制器，12是气浮平台，13是高压气瓶阀门，14是高压气瓶，15是气管，16是三通接头，17是喷嘴，18是电磁阀，19是支撑柱，20是气足，21是连接电缆，22是软垫。图2中，401是法兰，402是肘关节电机输出轴，403是肘关节电机，404是连接件，405是上肘关节外壳，406是下肘关节外壳，407是下肘关节接头，408是上肘关节接头。图3中，601是连接法兰，602是肩关节电机输出轴，603是肩关节电机，604是连接件，605是肩关节外壳，606是肩关节接头。图4中，701是可旋转摄像机，702是输出轴，703是电机，704是安装基座。
具体实施方式
本发明提出的基于主动视觉的气浮遥操作平台，其结构如图1所示，包括气浮平台12、高压气瓶14、机械臂安装基座8、电源模块9、电机驱动器10、控制器11、主动视觉装置7和两个机械臂。高压气瓶14通过软垫22支撑在气浮平台12内，气浮平台12的底部设有气足20和喷嘴17。机械臂安装基座8、电源模块9、电机驱动器10和控制器11分别置于气浮平台12上。控制器11通过连接电缆21与气浮平台12底部的电磁阀18相连。高压气瓶14的阀门13通过气管15、三通接头16和电磁阀18与气浮平台12底部的喷嘴17相连，同时通过气管15和三通接头16与气浮平台12底部的气足20相连。主动视觉装置7和两个机械臂分别安装在机械臂安装基座8上，机械臂安装基座固定在气浮平台上。每个机械臂由肩关节6、大臂5、肘关节4、小臂3和手爪1组成，肩关节6固定在机械臂安装基座8上，大臂5、肘关节4、小臂3依次与肩关节6相连接，手爪1通过安装支架2安装在小臂3的端部。
上述气浮遥操作平台中的肩关节，其结构如图3所示，由肩关节电机603、连接件604和肩关节外壳605组成。肩关节电机603置于肩关节中心，并通过连接件604固定在机械臂安装基座8上，肩关节电机603的输出轴602通过法兰601固定在肩关节外壳605上，肩关节外壳605的一侧设有肩关节接头606，大臂5的一端通过肩关节接头606固定在肩关节外壳605上。
上述气浮遥操作平台中的肘关节，其结构如图2所示，由肘关节电机403、连接件404、上肘关节外壳405和下肘关节外壳406组成，肘关节电机403置于肘关节中心，并通过连接件404与下肘关节外壳相对固定。肘关节电机403的输出轴402通过法兰401固定在上肘关节外壳405上。大臂5的另一端通过上肘关节外壳405一侧的上肘关节接头408固定在上肘节外壳405上，小臂3的一端通过下肘关节外壳406另一侧的下肘关节接头407固定在下肘节外壳406上。当电机接到指令转动时，电机输出轴402相对电机本体403转动，从而带动上关节外壳405相对下关节外壳406转动，最终使机械臂小臂3相对机械臂大臂5运动。
上述气浮遥操作平台中，所述的主动视觉装置的结构如图4所示，由可旋转摄像机701、输出轴702和电机703组成，电机703通过安装基座704固定在机械臂安装基座8上，电机703通过蜗轮蜗杆与安装基座704相连，因此电机703可以带动可旋转摄像机701在安装基座704上移动。安装基座704固定在机械臂安装基座8上，可旋转摄像机701通过输出轴702与电机703联动。
本发明提出的基于双目视觉的气浮遥操作平台的一个实施例中，所用的电源模块由北京泓韵博公司生产，型号为HN-20000。电机驱动器由瑞士maxon公司生产，型号为ADS50/5。控制器由北京盛博协同科技有限公司生产，型号为PC104。电磁阀由日本SMC公司生产，型号为VQ20型2通先导式电磁阀。可旋转摄像机由日本Sony公司生产，型号为EVI-D70P型的彩色摄像机。
以下结合附图介绍本发明气浮遥操作平台的气浮操作过程及气浮原理为：
打开控制气流的气阀13，高压空气从高压气瓶14中释放出来，经过气管15和三通接头16流向安装在气浮平台底部的气足20，由气足底部的小孔中喷出，并在气足底面与下面的大理石平台之间形成很薄的气垫层。这样整个遥操作平台就能浮在气垫层上，与下面的大理石平台面脱离接触。
气浮平台作平面运动操作过程及原理为：当打开控制气流的气阀13，高压空气从高压气瓶14中释放出来后，气浮平台即与大理石平台面脱离接触，同时，高压空气亦送至电磁阀18处。然后通过PC104控制器11打开所需的电磁阀18，则高压空气经电磁阀18流向喷嘴17并喷出，则由高压空气喷出而产生的反作用力使气浮平台向反方向运动。控制不同的电磁阀打开，可使气浮平台在大理石平台面作二维平面运动。
本发明提出的基于主动视觉的气浮遥操作平台，其主要功能是使可旋转摄像机701自适应的跟踪目标物体，使目标物体始终处于摄像头图像界面的中心位置。其工作过程如下：当目标物体不在摄像头图像界面的中心位置时，计算出目标物体位置到摄像头图像界面中心位置的偏移量，然后根据该偏移量以及可旋转摄像机的当前角度及位置解算出摄像头应平移的距离及转动的角度，主动视觉装置电机根据解算出的距离和角度转动，带动摄像头运动，从而使目标物体到达摄像头图像界面的中心位置。
Claims (4)
1.一种基于主动视觉的气浮遥操作平台，其特征在于该气浮遥操作平台包括气浮平台、高压气瓶、机械臂安装基座、电源模块、电机驱动器、控制器、主动视觉装置和两个机械臂；所述的高压气瓶通过软垫支撑在气浮平台内，气浮平台的底部设有气足和喷嘴；所述的机械臂安装基座、电源模块、电机驱动器和控制器分别置于气浮平台上，所述的控制器通过连接电缆与气浮平台底部的电磁阀相连，所述的高压气瓶的阀门通过气管、三通接头和电磁阀与气浮平台底部的喷嘴相连，同时通过气管和三通接头与气浮平台底部的气足相连；所述的主动视觉装置和两个机械臂分别安装在机械臂安装基座上，机械臂安装基座固定在气浮平台上；所述的主动视觉装置由可旋转摄像机和基座组成，可旋转摄像机安装在基座上；每个机械臂由肩关节、大臂、肘关节、小臂和手爪组成，所述的肩关节固定在机械臂安装基座上，所述的大臂、肘关节、小臂依次与肩关节相连接，手爪通过安装支架安装在小臂端部。
2.如权利要求1所述的气浮遥操作平台，其特征在于其中所述的肩关节由肩关节电机、连接件和肩关节外壳组成，所述的肩关节电机置于肩关节中心，并通过连接件固定在所述的机械臂安装基座上，肩关节电机的输出轴通过法兰固定在肩关节外壳上，肩关节外壳的一侧设有肩关节接头，大臂的一端通过肩关节接头固定在肩关节外壳上。
3.如权利要求1所述的气浮遥操作平台，其特征在于其中所述的肘关节由肘关节电机、连接件、上肘关节外壳和下肘关节外壳组成，所述的肘关节电机置于肘关节中心，并通过连接件与下肘关节外壳相对固定；肘关节电机的输出轴通过法兰固定在上肘关节外壳上；大臂的另一端通过上肘关节一侧的上肘关节接头固定在上肘节外壳上，小臂的一端通过下肘关节另一侧的下肘关节接头固定在下肘关节外壳上。
4.如权利要求1所述的气浮遥操作平台，其特征在于其中所述的主动视觉装置由可旋转摄像机、输出轴、电机组成，电机通过蜗轮蜗杆与安装基座相连，安装基座固定在所述的机械臂安装基座上，可旋转摄像机通过输出轴与电机联动。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010191289 CN101890713A (zh) | 2010-05-28 | 2010-05-28 | 一种基于主动视觉的气浮遥操作平台 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010191289 CN101890713A (zh) | 2010-05-28 | 2010-05-28 | 一种基于主动视觉的气浮遥操作平台 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101890713A true CN101890713A (zh) | 2010-11-24 |
Family
ID=43100135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201010191289 Pending CN101890713A (zh) | 2010-05-28 | 2010-05-28 | 一种基于主动视觉的气浮遥操作平台 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101890713A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103419947A (zh) * | 2013-08-21 | 2013-12-04 | 北京理工大学 | 微重力环境下自主着陆导航控制地面试验验证系统 |
| CN104786213A (zh) * | 2015-03-20 | 2015-07-22 | 江苏南铸科技股份有限公司 | 一种用于搬运液晶屏的单立柱机器人 |
| CN107975738A (zh) * | 2013-12-13 | 2018-05-01 | 光宝科技股份有限公司 | 适用于路灯的环境检测装置及其环境检测方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01240288A (ja) * | 1988-03-18 | 1989-09-25 | Mitsubishi Electric Corp | 産業用ロボット |
| JPH11198067A (ja) * | 1998-01-08 | 1999-07-27 | Honda Motor Co Ltd | 双腕型マニピュレータ操縦装置 |
| CN200988225Y (zh) * | 2006-12-30 | 2007-12-12 | 浙江工业大学 | 一种机器人灵巧手臂关节驱动及其减速装置 |
| CN101551301A (zh) * | 2009-04-24 | 2009-10-07 | 哈尔滨工业大学 | 卫星轨道运动地面模拟系统及其模拟方法 |
| CN101698299A (zh) * | 2009-10-23 | 2010-04-28 | 清华大学 | 一种用于气浮机械臂遥操作的三目视觉装置 |
| CN101698301A (zh) * | 2009-10-16 | 2010-04-28 | 北京工业大学 | 平面多自由度机器人 |
-
2010
- 2010-05-28 CN CN 201010191289 patent/CN101890713A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01240288A (ja) * | 1988-03-18 | 1989-09-25 | Mitsubishi Electric Corp | 産業用ロボット |
| JPH11198067A (ja) * | 1998-01-08 | 1999-07-27 | Honda Motor Co Ltd | 双腕型マニピュレータ操縦装置 |
| CN200988225Y (zh) * | 2006-12-30 | 2007-12-12 | 浙江工业大学 | 一种机器人灵巧手臂关节驱动及其减速装置 |
| CN101551301A (zh) * | 2009-04-24 | 2009-10-07 | 哈尔滨工业大学 | 卫星轨道运动地面模拟系统及其模拟方法 |
| CN101698301A (zh) * | 2009-10-16 | 2010-04-28 | 北京工业大学 | 平面多自由度机器人 |
| CN101698299A (zh) * | 2009-10-23 | 2010-04-28 | 清华大学 | 一种用于气浮机械臂遥操作的三目视觉装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 《宇航学报》 20020131 金飞虎等 双臂自由飞行空间机器人捕捉目标实验研究 64-68 1-4 第23卷, 第1期 2 * |
| 《机器人》 20000331 洪炳熔等 双臂自由飞行空间机器人地面实验平台系统设计 108-114 1-3 第22卷, 第2期 2 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103419947A (zh) * | 2013-08-21 | 2013-12-04 | 北京理工大学 | 微重力环境下自主着陆导航控制地面试验验证系统 |
| CN107975738A (zh) * | 2013-12-13 | 2018-05-01 | 光宝科技股份有限公司 | 适用于路灯的环境检测装置及其环境检测方法 |
| CN104786213A (zh) * | 2015-03-20 | 2015-07-22 | 江苏南铸科技股份有限公司 | 一种用于搬运液晶屏的单立柱机器人 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101698299B (zh) | 一种用于气浮机械臂遥操作的三目视觉装置 | |
| CN101863038B (zh) | 一种基于双目视觉的气浮遥操作平台 | |
| CN108381553B (zh) | 一种用于空间非合作目标捕获的相对导航近距离跟踪方法及系统 | |
| CN107433573B (zh) | 智能双目自动抓取机械臂 | |
| CN106184452A (zh) | 一种四足式电磁吸附爬壁机器人 | |
| CN207565812U (zh) | 二元六自由度水下机器人 | |
| CN111746680B (zh) | 一种用于焊接作业的轮腿复合爬壁机器人 | |
| WO2019100625A1 (zh) | 一种光伏清洗机器人的清洗方法 | |
| CN108516067A (zh) | 一种基于凸轮齿轮复合传动的可变形机械水母 | |
| CN108860527B (zh) | 一种水下机器人-水下机械臂系统 | |
| CN205363905U (zh) | 变形机甲手臂结构 | |
| CN111599243B (zh) | 一种航天器空间对接地面操控实验系统及方法 | |
| CN101890713A (zh) | 一种基于主动视觉的气浮遥操作平台 | |
| CN111331572A (zh) | 一种仿蛇形巡检机器人 | |
| CN201881377U (zh) | 空间可控五自由度十二杆焊接机器人机构 | |
| CN103471807B (zh) | 一种涌流模拟测试系统 | |
| CN108216421A (zh) | 一种混联机械腿及其控制方法 | |
| CN107901029A (zh) | 六轴并联机构及机器人 | |
| CN115892401A (zh) | 水下无人航行器主动对接装置及水下无人航行器 | |
| CN211468734U (zh) | 一种机械腿和六足机器人 | |
| CN110104226A (zh) | 一种卫星对接、停泊与补给系统 | |
| CN215043817U (zh) | 小型六自由度甲板运动模拟系统 | |
| An et al. | Underwater Motion Characteristics Evaluation of a Bio-inspired Father-son Robot | |
| CN101733745B (zh) | 太阳能驱动的模块化移动机器人 | |
| CN111290291B (zh) | 用于微纳卫星交会对接的地面仿真试验系统及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20101124 |