CN108170296A - 轻型生化隔离远程操作装置 - Google Patents

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姚清河
王生
徐诺
蒋子超
刘昆毅
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Abstract

本发明涉及一种轻型生化隔离远程操作装置，包括三维人机输入模块、电子驱动控制模块、三轴移动平台模块，所述的三维人机输入模块用于信号的输入，并将所述的信号传递至所述的电子驱动控制模块，所述的电子驱动控制模块对输入的信号进行分析，再传递给所述的三轴移动平台模块；当所述的三轴移动平台模块工作时，可通过所述的电子驱动控制模块对外界干扰信号进行修正，同时根据所述的三轴移动平台模块的实时运动产生的反馈信号，对输入的信号进行调整。整个装置较轻，携带方便，同时可以很好的实现户外污染物质处理实验。

Description

轻型生化隔离远程操作装置
技术领域
本发明涉及一种远程操作平台，尤其涉及一种轻型生化隔离远程操作装置。
背景技术
在现实生活中有很多因素可以引起生化污染，比如流感，神经类毒素等生，化武泄露，严重的情况会引发操作人员的长期生理疾病与社会恐慌。随着危险物质处理者的安全标准提高，许多原本由人工穿着防护服现场完成的操作，由于其安全防护成本过高，风险过大，现已不适合实际情况。
针对生化危险区域从业人员采取的一组预防感染措施的远程无线遥控操作平台。代替包括手套、隔离衣、口罩、护目镜或防护面屏，也包括穿戴合适的防护用品处理患者环境中污染的物品与医疗器械的遥控改进与远程实现。达到标准预防基于患者的血液、体液、分泌物、与各类化学污染效果。
生化隔离现场常在复杂的地形环境内，传统隔离室无法短时间转移到现场布设。而现有移动平台机械臂操作等方案，缺乏操作过程中对周围环境的隔离性。
发明内容
有鉴于此，有必要针对传统隔离操作装置不便于携带、对工作环境适应性差的问题，提供一种新型的轻型生化隔离远程操作系统平台。本发明运用了三轴平台、控制电子系统和人机三维操作系统，组建了一种新型的轻型生化隔离远程操作系统平台。
一种轻型生化隔离远程操作装置，包括三维人机输入模块、电子驱动控制模块、三轴移动平台模块，所述的三维人机输入模块用于信号的输入，所述的电子驱动控制模块与所述的三维人机输入模块连接，所述的三轴移动平台模块处于隔离区，与所述的电子驱动控制模块连接。
其中，所述的三轴移动平台模块包括步进电机，所述的进步电机连接丝杆，所述的丝杆运行在对应的滑轨上，在所述的进步电机、丝杆及其滑轨外增加隔离壳。
其中，所述的进步电机为三台，独立控制与其连接的丝杆。
其中，所述的三轴移动平台模块上设有取样装置。
其中，所述的取样装置可更替为电动移液枪。
其中，所述电子驱动控制模块为三轴电子驱动系统或者采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)。
其中，所述三维人机输入模块人机输入器，包括实现三轴输入的设备，可采用3D鼠标，或者触摸屏，键盘等输入设备。
上述轻型生化隔离远程操作装置的应用方法，所述的三维人机输入模块用于信号的输入，并将所述的信号传递至所述的电子驱动控制模块，所述的电子驱动控制模块对输入的信号进行分析，再传递给所述的三轴移动平台模块；当所述的三轴移动平台模块工作时，可通过所述的电子驱动控制模块对外界干扰信号进行修正，同时根据所述的三轴移动平台模块的实时运动产生的反馈信号，对输入的信号进行调整。
上述轻型生化隔离远程操作装置的应用方法，所述的三轴移动平台模块上装有摄像装置，所述的摄像装置实时观测探针的移动，计算机通过摄像装置的图像构置隔离区域的三维模型，并通过算法程序，将输入装置的移动映射至移动平台探针的移动，并通过计算机显示出来。计算机与3D鼠标放在平台上，可以是装置的携带箱，在实际场地中也可以是石块、平地。
整个装置较轻，携带方便，同时可以很好的实现户外污染物质处理实验，设备的精度较高，可处理较为精细的工作。
附图说明
图1为本发明装置的整体布置图；
图2为本发明的三轴平台结构侧视图；
图3为本发明的三轴平台结构俯视图；
图4为本发明的人机交互算法流程图；
图5为本发明的闭环控制系统示意图；
图6为本发明的多层监督算法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明包括了三维人机输入模块、电子驱动控制模块、三轴移动平台模块，实现了轻型的现场布置生化隔离操作平台。
如图1所示，本实施例使用嵌入式技术，由控制电子系统1、无线图传系统2、三维人机输入系统3和计算机显示设备4和三轴移动平台10组成，构建了轻型的现场布置生化隔离操作平台，整个平台仅26KG，轻便易携带。计算机显示设备4和三维人机输入器放置在装置携带箱5上。
三轴移动平台模块10由XYZ线性运动的3对步进电机带动丝杆7与滑轨11组成，外加隔离壳，其重复精度可达200um，可兼容精密进样过程，如微升级移液，划培养平板。
三轴移动平台采取钢板弯制，具体可参考附图2和附图3，沿用其消回差机构等提高重复精度的手段。其关键部分，是三对数控研磨的滚珠丝杆7，该丝杆提供150um的重复精度与步进电机配合得到每单步100um步进。托盘8固定于横向丝杆最上方，用于放置盛放污染物质的容器。横梁梯形板9装在纵向丝杆上，可上下移动。取样器6安装于移动平台中间梯形横梁梯形板9端处，采取三抓紧固装置，可兼0.3-2.5mm直径的探针。取样器6部分模块化，可因需求更换为电动移液枪等。
本实施例的电子驱动控制模块采用开源三轴电子驱动系统(makerbot driversuite)。该系统具有高可靠性，低功耗，抗干扰等优点。其输入控制协议为G-code，由姿态解算计算机生成并传入右下方的电控系统控制板中，由该板生成脉冲信号，驱动左下方的步进电机驱动板，完成三轴姿态控制。
三维人机操作系统采用3D鼠标人机输入器。其接口为IEEE1394B，使用其SDK与开源程序。实现了由手部动作到Gcode的解算。详情可见图4算法流程图。
实现人机互动的方法具体就笛卡尔转换部分进行展示。机械臂的运动与DOF采样的数据处于不同的笛卡尔坐标系内，因此，需利用计算机对采样的笛卡尔坐标系坐标变换，从而使三轴移动平台可以直接、准确、快速地识别指令产生响应，根据计算机图形学可知，在计算机中坐标系的变换是通过变换矩阵来实现的，复杂的坐标变换过程可以简化为两种不同的变换矩阵作用之和(乘积)：
平移矩阵：旋转矩阵：
将平移和旋转两个变换矩阵合并起来，即得到将对象描述从采样坐标系到实际运动坐标系中的实际变换过程。
对于实际操作中可能出现的由于采样误差与误操作而导致的操作端失稳，本系统具备了针对小范围内抖动与瞬时快速移动的滤波功能。对于操作过程中不可避免的小范围抖动，系统拟采用快速高斯滤波算法对输入端的信息进行实时降噪，并经过多层监督算法(见图6)处理，以阶段时间内的操作信息作为算法训练样本，针对性地对每次操作进行机器监督，从而提高操作的实时性与稳定性；对于瞬时快速移动，本系统采用梯度阈值算法、差分拟合监督判断算法相配合的方法，通过对输入端信息的时间采样，由梯度阈值判断运动性质，由神经网络对操作的有效性进行分析，过滤由于操作失误、环境因素产生的非正常操作进行，对于过快的输入端操作，在将短时信息写入算法平台的RAM后，通过样条曲线规划起点到终点的路径，向输出端发出可行的系列信号，并根据RAM的排队机制对后续操作进行相应的传递操作。
系统由操作者将信号输入人机输入器，通过移动输入器的鼠标实现。输入器再将接收到的信号传递至电子驱动控制模块。电子驱动控制模块对输入的信号进行分析，再传递给三轴移动平台。在平台的移动时，可通过电子驱动模块对干扰信号进行修正。同时操作者可以通过观察平台的移动得到反馈回来的信号，对输入的信号进行调整。具体实施过程可见图5。
为验证发明装置的灵敏度，本发明给出详细验证方法。具体施行流程如下：
按照要求布置好各个装置。三轴移动平台置放于隔离区域内。要求装置必须堆放平稳。将电子驱动装置与计算机、手动输入装置和移动平台连接。移动平台上装有摄像装置可随时观察探针的移动。计算机通过摄像装置的图像构置隔离区域的三维模型。并通过算法程序，将输入装置鼠标的移动映射至移动平台探针的移动，并通过计算机显示出来。
为验证平台探针滑动的灵敏性，下面说明本发明采用的验证方案：
1.将一张A4打印纸均匀画满20*20(cm)的表格，并将每个表格区域标号。将其置于隔离区移动平台的托盘上。然后将移动平台的探针换成记号笔芯(任意型号)。
2.打开各个设备电源。使用者移动输入设备鼠标，通过计算机上显示的模型，在置顶的表格区域内画点。本次模拟实验在1、50、100、150、200、250、300、350、400号格子内画点。效果较好，装置实现了目标要求。
3。为进一步验证探针移动的精度，可将纸张更换为空白A4纸。移动鼠标，在计算机上画三条长度为10cm的线段。然后取下已经画好的A4纸进行对比。
整个发明装置的重量不足30kg，计算机可使用便携式电脑，携带方便。可以很好的实现户外污染物质处理实验。而且本发明的移动探针具有很高的灵敏度，可以很好的完成一些具有精细操作要求的实验。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种轻型生化隔离远程操作装置，其特征在于，包括三维人机输入模块、电子驱动控制模块、三轴移动平台模块，所述的三维人机输入模块用于信号的输入，所述的电子驱动控制模块与所述的三维人机输入模块连接，所述的三轴移动平台模块处于隔离区，与所述的电子驱动控制模块连接。
2.根据权利要求1所述的轻型生化隔离远程操作装置，其特征在于，所述的三轴移动平台模块包括步进电机，所述的进步电机连接丝杆，所述的丝杆运行在对应的滑轨上，在所述的进步电机、丝杆及其滑轨外增加隔离壳。
3.根据权利要求2所述的轻型生化隔离远程操作装置，其特征在于，所述的进步电机为三台，独立控制与其连接的丝杆。
4.根据权利要求1所述的轻型生化隔离远程操作装置，其特征在于，所述的三轴移动平台模块上设有取样装置。
5.根据权利要求4所述的轻型生化隔离远程操作装置，其特征在于，所述的取样装置可更替为电动移液枪。
6.根据权利要求1所述的轻型生化隔离远程操作装置，其特征在于，所述电子驱动控制模块为三轴电子驱动系统或者采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制。
7.根据权利要求1所述的轻型生化隔离远程操作装置，其特征在于，所述三维人机输入模块人机输入器包括3D鼠标或者实现三轴输入的设备。
8.根据权利要求1-7任一所述的轻型生化隔离远程操作装置的应用方法，其特征在于，所述的三维人机输入模块用于信号的输入，并将所述的信号传递至所述的电子驱动控制模块，所述的电子驱动控制模块对输入的信号进行分析，再传递给所述的三轴移动平台模块；当所述的三轴移动平台模块工作时，可通过所述的电子驱动控制模块对外界干扰信号进行修正，同时根据所述的三轴移动平台模块的实时运动产生的反馈信号，对输入的信号进行调整。
9.根据权利要求1-7任一所述的轻型生化隔离远程操作装置的应用方法，其特征在于，所述的三轴移动平台模块上装有摄像装置，所述的摄像装置实时观测探针的移动，无线图传系统通过摄像装置的图像在计算机显示设备中构置隔离区域的三维显示模型，并通过算法程序，将输入装置虚拟指针在模型中的移动映射至移动平台探针的移动。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202614186U (zh) * 2012-05-18 2012-12-19 东莞市德鑫光学仪器有限公司 方便快捷式全自动影像坐标测量机
CN103302668A (zh) * 2013-05-22 2013-09-18 东南大学 基于Kinect的空间遥操作机器人的控制系统及其方法
CN103829973A (zh) * 2014-01-16 2014-06-04 华南理工大学 一种远程控制的超声探头扫描系统及其方法
US20160077166A1 (en) * 2014-09-12 2016-03-17 InvenSense, Incorporated Systems and methods for orientation prediction
CN106802300A (zh) * 2017-03-05 2017-06-06 北京工业大学 一种基于视觉反馈的生物显微操作装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202614186U (zh) * 2012-05-18 2012-12-19 东莞市德鑫光学仪器有限公司 方便快捷式全自动影像坐标测量机
CN103302668A (zh) * 2013-05-22 2013-09-18 东南大学 基于Kinect的空间遥操作机器人的控制系统及其方法
CN103829973A (zh) * 2014-01-16 2014-06-04 华南理工大学 一种远程控制的超声探头扫描系统及其方法
US20160077166A1 (en) * 2014-09-12 2016-03-17 InvenSense, Incorporated Systems and methods for orientation prediction
CN106802300A (zh) * 2017-03-05 2017-06-06 北京工业大学 一种基于视觉反馈的生物显微操作装置

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