CN114378796B - 主从与自主作业一体化的机械臂系统、机器人系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高空作业带电作业技术领域，提供了一种主从与自主作业一体化的机械臂系统、机器人系统及方法。其中，该机械臂系统包括任务执行模块和主从控制模块；所述任务执行模块包括机械臂本体及与其相连的机械臂控制器；所述主从控制模块包括主手和主从控制器，所述主手与主从控制器相连，所述主从控制器与机械臂控制器相互通信；所述主从控制器用于接收作业环境信息，并判断作业环境信息的操作复杂度，根据作业环境信息的操作复杂度来控制所述机械臂系统在主从控制模式和自主控制模式之间切换；其中，所述操作复杂度由所述机械臂本体的所需执行指令数来表征。

Description

主从与自主作业一体化的机械臂系统、机器人系统及方法

技术领域

本发明属于带电作业技术领域，尤其涉及一种主从与自主作业一体化的机械臂系统、机器人系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

为了提高带电作业的自动化水平和安全性，减轻操作人员的劳动强度和强电磁场对人身的威胁，现有技术公开了一些带电作业机器人技术。其中，申请号为CN201710932637.8名称为“一种高压带电作业机器人高空作业平台及其卸载金具螺丝的方法”的专利，公开了一种高压带电作业机器人高空作业平台及其卸载金具螺丝的方法，包括从机械臂和主机械臂，从机械臂基座上设有多自由度的从机械臂，从机械臂的末端装有从机械臂前端执行器，主机械臂基座上装有多自由度的主机械臂，主机械臂的末端装有定位摄像头、大扭矩拧紧枪及锁卸螺丝工装；自动化作业，维修作业的安全性和可靠程度高；定位方式采用两步定位大大的提高了定位精度。申请号为CN201810319649.8名称为“一种带电作业机器人机械臂协作力反馈主从控制方法及系统”的专利，公开了一种带电作业机器人机械臂协作力反馈主从控制方法及系统，其通过主操作手的控制接口，控制主操作手各关节输出扭矩。申请号为CN201310422848.9名称为“基于现实虚拟技术的高压带电作业机器人控制系统及方法”的专利，公开了基于现实虚拟技术的高压带电作业机器人控制系统及方法，其利用主计算机接收主手信息采集单元上送的主手位置信息，并将该信息下发到从手控制计算机，实现从手的运动控制；最终实现控制作业端的从手运动实现虚拟与现实的实时同步。

发明人发现，现有的机械臂系统存在以下问题：

(1)只针对单一作业环境的自主操作、主从操作或虚拟技术单项技术进行了描述，现有技术没有根据作业环境对机器人机械臂的工作模式进行自适应调整，降低了带电作业机器人的效率和切实可行性。

(2)由于机器人机械臂处于带电作业复杂环境中，缺乏机械臂综合保护机制，这样导致机械臂系统可能会发生漏电、碰撞输电线路或绝缘子、机械臂运动过快或突然受到外界碰撞力等，造成机械臂系统自身或是对输电线路或绝缘子等设备造成损坏。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种主从与自主作业一体化的机械臂系统、机器人系统及方法，其能够根据作业环境信息的操作复杂度来控制所述机械臂系统在主从控制模式和自主控制模式之间切换，兼具操作灵活和智能作业双重优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供了一种主从与自主作业一体化的机械臂系统，其包括任务执行模块和主从控制模块；

所述任务执行模块包括机械臂本体及与其相连的机械臂控制器；所述主从控制模块包括主手和主从控制器，所述主手与主从控制器相连，所述主从控制器与机械臂控制器相互通信；

所述主从控制器用于接收作业环境信息，并判断作业环境信息的操作复杂度，根据作业环境信息的操作复杂度来控制所述机械臂系统在主从控制模式和自主控制模式之间切换；其中，所述操作复杂度由所述机械臂本体的所需执行指令数来表征。

作为一种实施方式，所述主从与自主作业一体化的机械臂系统还包括系统保护模块，所述系统保护模块包括绝缘保护子模块、外部环境感知子模块、运动保护子模块和主手重启保护子模块。

作为一种实施方式，所述运动保护子模块与主从控制器相连，所述主从控制器还用于获取机械臂本体的运动速度及受到的外力，当机械臂本体的运动速度超过设定运动速度阈值或受到的外力超过预设外力阈值时，由主从控制器立即向机械臂控制器下发保护性停止运动命令。

作为一种实施方式，所述主手重启保护子模块与主从控制器相连，所述主从控制器用于获取主手的故障信息，当主手出现硬件错误时，由主从控制器向主手发送重启命令。

作为一种实施方式，所述外部环境感知子模块用于感知机械臂本体与外部设备之间的距离，并发送至主从控制器，由主从控制器通过机械臂控制器来控制机械臂本体的移动位置。

作为一种实施方式，所述绝缘保护子模块包括设备层绝缘防护结构和通信层光纤绝缘结构。

作为一种实施方式，若作业环境信息的操作复杂度超过预设操作复杂度阈值时，所述主从控制器用于控制所述机械臂系统处于主从控制模式；否则，所述主从控制器用于控制所述机械臂系统处于自主控制模式。

作为一种实施方式，在主从控制模式下，所述主从控制器用于获取机械臂本体和主手的关节位置信息，将主手自动同步到机械臂主体的当前位置，同步完成后再通过主手控制机械臂本体执行对应作业操作。

作为一种实施方式，在自主控制模式下，所述主从控制器用于控制主手处于锁定状态，通过机械臂控制器来控制机械臂本体的自主作业。

作为一种实施方式，所述主手与主从控制器以及所述主从控制器与机械臂控制器之间均设置有通信的心跳机制。

作为一种实施方式，所述主从控制器还用于接收人机交互屏发出的任务指令，以修改主从控制器的控制模式和机械臂本体的参数。

作为一种实施方式，在自主控制模式下，所述机械臂控制器用于控制机械臂本体进行笛卡尔空间运动和关节运动。

本发明的第二个方面提供了一种机器人系统，其包括如上述所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统。

本发明的第三个方面提供了一种主从与自主作业一体化的机械臂系统的控制方法，其包括：

接收作业环境信息，判断作业环境信息的操作复杂度，根据作业环境信息的操作复杂度来控制所述机械臂系统在主从控制模式和自主控制模式之间切换；其中，所述操作复杂度由所述机械臂本体的所需执行指令数来表征；

在主从控制模式下，获取机械臂本体和主手的关节位置信息，将主手自动同步到机械臂主体的当前位置，同步完成后再通过主手控制机械臂本体执行对应作业操作；

在自主控制模式下，控制主手处于锁定状态，通过机械臂控制器来控制机械臂本体的自主作业。

作为一种实施方式，所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统的控制方法，还包括：

分别对所述机械臂系统进行绝缘保护、基于外部环境感知保护、运动保护以及主手重启保护。

作为一种实施方式，在运动保护的过程中，获取机械臂本体的运动速度及受到的外力，当机械臂本体的运动速度超过设定运动速度阈值或受到的外力超过预设外力阈值时，由主从控制器立即向机械臂控制器下发保护性停止运动命令。

本发明的第四个方面提供了一种主从控制器，其包括：

作业环境信息接收模块，其用于接收作业环境信息；

操作复杂度判断模块，其用于判断作业环境信息的操作复杂度；

作业模式控制模块，其用于根据作业环境信息的操作复杂度来控制所述机械臂系统在主从控制模式和自主控制模式之间切换；其中，所述操作复杂度由所述机械臂本体的所需执行指令数来表征；

所述作业模式控制模块包括：

第一子控制模块，其用于在主从控制模式下，获取机械臂本体和主手的关节位置信息，将主手自动同步到机械臂主体的当前位置，同步完成后再通过主手控制机械臂本体执行对应作业操作；

第二子控制模块，其用于在自主控制模式下，控制主手处于锁定状态，通过机械臂控制器来控制机械臂本体的自主作业。

作为一种实施方式，所述主从控制器，还包括：

保护控制模块，其用于分别对所述机械臂系统进行绝缘保护、基于外部环境感知保护、运动保护以及主手重启保护。

作为一种实施方式，所述保护控制模块还用于：在运动保护的过程中，获取机械臂本体的运动速度及受到的外力，当机械臂本体的运动速度超过设定运动速度阈值或受到的外力超过预设外力阈值时，由主从控制器立即向机械臂控制器下发保护性停止运动命令。

本发明的第五个方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统的控制方法中的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明创新性地提供了一种主从与自主作业一体化的机械臂系统及方法，其解决了作业环境对机器人机械臂工作模式自适应调整性差及带电作业机器人的效率和切实可行性低的问题，根据作业环境信息的操作复杂度来控制所述机械臂系统在主从控制模式和自主控制模式之间切换，兼具操作灵活和智能作业双重优点。

(2)本发明创新性地提供了一种机械臂系统保护机制，其对所述机械臂系统进行绝缘保护、基于外部环境感知保护、运动保护以及主手重启保护，解决了由于机器人机械臂处于带电作业复杂环境中造成机械臂系统自身或是对输电线路或绝缘子等设备造成损坏等问题，提高了机械臂操作的精准性，保证了输电设备的安全性。

(3)本发明创新性地提供了一种主从与自主作业一体化机器人系统，其解决了作业环境对机器人机械臂工作模式自适应调整性差及带电作业机器人的效率和切实可行性低的问题，利用所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统，实现了作业工具的自动更换以及作业机械臂自主作业以及作业机械臂的动作与地面操控主手的操控动作同步，提高了带电作业机器人的效率和切实可行性。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例的主从与自主作业一体化的机械臂系统总成结构图；

图2是本发明实施例的主从控制模块控制流与数据流架构图；

图3是本发明实施例的主手功能示意面；

图4是本发明实施例的电源系统图；

图5是本发明实施例的主从控制器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

参照图1，本实施例提供了一种主从与自主作业一体化的机械臂系统，其包括任务执行模块和主从控制模块。

在本实施例中，所述任务执行模块包括机械臂本体及与其相连的机械臂控制器。

其中，所述任务执行模块包括机械臂本体及与其相连的机械臂控制器；所述主从控制模块包括主手和主从控制器，所述主手与主从控制器相连，所述主从控制器与机械臂控制器相互通信；

所述主从控制器用于接收作业环境信息，并判断作业环境信息的操作复杂度，根据作业环境信息的操作复杂度来控制所述机械臂系统在主从控制模式和自主控制模式之间切换；其中，所述操作复杂度由所述机械臂本体的所需执行指令数来表征。

若作业环境信息的操作复杂度超过预设操作复杂度阈值(例如：所需执行指令数为n)时，所述主从控制器用于控制所述机械臂系统处于主从控制模式；否则，所述主从控制器用于控制所述机械臂系统处于自主控制模式。

具体地，所述任务执行模块还包括供电模块、通讯光纤模块和预留调试接口。机械臂本体与机械臂控制器通过电缆连接。其中，供电模块提供48V、12V，分别给机械臂控制器和通讯光纤模块供电。机械臂控制器与通讯光纤模块通过电缆连接。

在本实施例中，所述主从控制模块包括主手和主从控制器，所述主手与主从控制器相连，所述主从控制器与机械臂控制器相互通信。

具体地，主从控制器主要包括嵌入式工控机、触摸屏显示器、机械臂控制柜控制接口、主从控制模块软件、主手通信接口。此部分另外还包括其它功能接口部分如电源接口、对外人机交互按键接口(远程急停、远程开关机)以及其它接口。主手与主从控制器通过串口连接。主从控制器与机械臂控制器通过通信光纤、按键控制光纤连接。

在图3中，主手是主从操作的直接操作设备。主手主要是由机械外壳、电机、编码器、以及操作按键组成。主手把自身的编码器位置、操作按键等信息实时的发送的主从控制器上，由主从控制器根据操作模式以及当前状态来驱动电机活动以及把控制指令发送到机械臂控制箱以便操作机械臂本体动作。为了在作业操作上有更好的体验效果，机械部分采用同构设计。主手包含两部分，5个关节和手柄。对应机械臂上的关节6可以通过主手手柄的按键进行操作。主手的关节包含编码器和高精度舵机，编码器可以记录当前关节的位置。其中，手柄上有按键和指示灯，按键设计考虑了作业人员操作时机械臂的常用功能，包括主手锁定、位姿同步及械臂的末端工具控制。每个主手上有嵌入式板卡，可以读取编码器的值和手柄的按键，并发送给主从控制器。主手预留个若干个常用功能按键，对应相应数量的工具按键，工具按键可以根据实际业务需要进行功能更改。

其中，主手锁定按键：此按键按下有效时主手锁定指示灯亮，主手锁定当前所有关节的位值，主手保持不动；再次按下有效时主手锁定指示灯灭,主手可以继续操作控制从手机械臂。位姿同步按键：此按键按下有效时，位姿同步使能指示灯亮，主手可以同步控制从手机械臂，再次按下位姿同步使能指示灯灭，主手不能控制从手机械臂。工具开关按键：此按键按下有效后改变当前末端工具的状态，默认闭合状态下，第一次按下末端工具打开，再一次按下末端工具关闭。工具锁定按键：此按键按下有效时夹爪锁定指示灯亮，末端工具处于锁定状态，非按下时工具锁定指示灯灭，末端工具开关可以继续操作。手腕左右调按键：此按键分左右两部分，用于控制机械臂腕部关节的活动，可以分别点击操作。左边按下时机械臂本体腕部关机顺时针旋转，右边按下时机械臂本体腕部关机逆时针旋转。

主手锁定指示灯：指示当前主手控制是否处于锁定状态，锁定状态下无法控制主手关节，此时LED指示灯亮，主手非锁定状态下LED指示灯灭。位姿同步指示灯：指示当前是否处于位姿同步使能控制状态，在此功能下LED指示灯亮，否则LED指示灯灭。工具锁定指示灯：指示当前工具是否处于锁定状态。工具状态指示灯：指示当前工具是否处于正常工作状态。

根据带电作业的实际应用业务出发、系统中所有的通信部分非电源系统内通信都采用光纤通信，保证系统的稳定性以及安全性。其中主从控制器与主手直接采用串口通信，电源箱A/B的电源状态通过串口转光纤模块与主从控制器进行通信。在光纤隔离部分系统采用上下两个光纤隔离交换模块，根据上下设备供电原则分别收纳安装不同的光纤模块。

如图4所示，电源供电系统考虑到系统的稳定性以及安全性，系统供电分为四部分：分别为电源箱A、电源箱B、电源箱C，电源箱分别配充电器。电源箱A与电源箱B主要提供高电压以及大电流，主要给机械臂本体、机械臂控制箱以及光纤模块供电。电源箱A和电源箱B供电系统不供地。电源箱C主要给主从控制器、主手、光纤模块、显示模块以及预留的其它通信。考虑到机械臂供电系统的稳定性以及安全性，所有电源箱都具备串口监控采集接口，此接口可以通过光纤或串口主手控制器通信或者本地控制箱通信，可以方便读取电池电量、温度等信息。同时电池自身具备保护功能。充电管理单元(交流充电器)可以对以上电池组进行充电。电源箱D主要给主从控制器、主手、光纤模块以及预留的其它通信或显示模块供电。同样电源箱D系统与其它电源系统不供地。考虑到机械臂供电系统的稳定性以及安全性、此电源箱都具备串口监控采集接口，此接口后期可以通过光纤与主手控制器通信活着本地控制箱通信，可以方便读取电池电量、温度等信息。同时电池自身具备保护功能。充电管理单元(交流充电器)可以对以上电池组进行充电。

在图2中，在主从控制模式下，所述主从控制器还用于获取机械臂本体和主手的关节位置信息，将主手自动同步到机械臂主体的当前位置，同步完成后再通过主手控制机械臂本体执行对应作业操作；

在自主控制模式下，所述主从控制器用于使得主手控制处于锁定状态，通过机械臂控制器来控制机械臂本体的自主作业。

其中，所述主手与主从控制器以及所述主从控制器与机械臂控制器之间均设置有通信的心跳机制。这样可以及时发现通信异常。

在一个或多个实施例中，所述主从控制器还用于获取机械臂本体和主手的关节位置信息发送至人机交互屏上进行显示。

所述主从控制器还用于接收人机交互屏发出的任务指令，以修改主从控制器的控制模式和机械臂本体的参数。

主从软件系统支持一拖二模式，即一个主从控制器支持由两套主手控制两套电动机械臂，也可以选择只使用其中的一套。软件启动后自动检测主臂和从臂的状态。如主从控制器和机械臂控制器通信正常、机械臂控制器状态正常、主从控制器和主手通信正常、主手状态正常、机械臂控制器电池电压正常，则用户可以通过界面和主手按键控制机械臂。

具体地，在自主控制模式下，可控制机械臂本体进行笛卡尔空间运动和关节运动。笛卡尔空间运动和关节运动属于点动控制。笛卡尔运动指的是机械臂的末端沿某个轴直线运动；关节运动指的是控制机械臂的某个轴运动。

笛卡尔控制点动：机械臂在空间运动的参考坐标系有世界坐标系、工具坐标系(默认为工具坐标系)。

关节空间点动：控制机械臂在关节空间运动(每个关节的范围是-360°～+360°)。同时，可以切换关节运动和笛卡尔空间运动的低速、中速和高速。

在一个或多个实施例中，所述主从与自主作业一体化的机械臂系统还包括系统保护模块，所述系统保护模块包括绝缘保护子模块、外部环境感知子模块、运动保护子模块和主手重启保护子模块。

作为一种实施方式，所述运动保护子模块与主从控制器相连，所述主从控制器用于获取机械臂本体的运动速度及受到的外力，当机械臂本体的运动速度超过设定运动速度阈值或受到的外力超过预设外力阈值时，由主从控制器立即向机械臂控制器下发保护性停止运动命令。

其中，所述主手重启保护子模块与主从控制器相连，所述主从控制器用于获取主手的故障信息，当主手出现硬件错误时，由主从控制器向主手发送重启命令。

例如：系统操作一般涉及主手硬件错误清除(重启主手的电机控制器)、机械臂相关、操作系统相关等命令控制。

主手收回：点击收回按键，主手自动收回到初始位置，按键抬起时，主手停止收回。该命令主要用于作业完成后，回收主手。

主手重启：当主手出现硬件错误时，主手关节上的电机会自我保护，此时需要按主手重启键恢复电机。其中：主手重启时，电机会释放力矩。可握住主手，以防止主手突然下落。

主手解锁：点击解锁，主手的电机释放力矩。

主手锁定：点击解锁，主手的电机加力矩，保持到当前位置。

从臂上电：当机械臂本体处于下电状态时，可以通过此按键使得机械臂本体上电。

从臂使能：当机械臂本体处于空闲状态时，可以通过此按键使得机械臂本体使能。

从臂展开：由于从臂的活动范围远大于主手(约3～4倍)，需要将从臂展开到一个合理的位置，直到主手可以同步从臂。

从臂修复：如果机械臂控制器上进程突然挂掉，导致主从控制软件无法与机械臂本体通信，此时需要点击从臂修复按键尝试启动机械臂控制器上的软件。

从臂收回：作业完成后，为方便运输，长按从臂收回按键使从臂运动到合适的位置。

从臂下电：点击从臂下电按键时，从臂本体下电。

从臂关机：点击从臂关机按键时，机械臂控制器上的操作系统关机。

从臂解保护：如机械臂突然受到超过设定大小的外力撞击，机械臂本体会自动保护。当接收到臂解保护解除命令时，解除机械臂的保护性停止。

从臂安全重启：当机械臂的运行模式状态为安全确认，此时需要手动重置机械臂的驱动器软件。

系统退出：作业任务完成后，收回主手、收回从臂，然后退出主从控制软件。

系统远程：远程机械臂控制器操作系统的界面。

系统关机：主从一体机关机。

所述外部环境感知子模块用于感知机械臂本体与外部设备之间的距离，并发送至主从控制器，由主从控制器通过机械臂控制器来控制机械臂本体的移动位置。

所述绝缘保护子模块包括设备层绝缘防护结构和通信层光纤绝缘结构。

在本实施例中，在供电层独立供电，其具体包括系统间模块与模块之间、系统与系统之间采用独立的供电电源、避免相互间的干扰问题，增强系统的稳定性。

通信层光纤绝缘考虑到系统的整体绝缘性以及操作过程中的相间短路问题发生，系统在重要的控制层采用光纤通信，既增强了通信的可靠性，杜绝了相间短路的可能。

设备层绝缘防护包括机械臂中的电气控制线缆、信号传输线缆及动力电源线缆均采用内部走线的方式，内部走线的管道材质为绝缘材料，且电气控制线缆、信号传输线缆及动力电源线缆均采用带屏蔽的绝缘线缆并布置到绝缘管道内部。机械臂及控制箱安装在增加绝缘隔离柱。与控制柜进行通信的接口采用光纤收发器、光纤通信，确保平台上下通信的物理隔离。

本实施例通过供电层独立供电、通信层光纤绝缘、设备层绝缘防护、软件层限位防护，增强系统的稳定性，保证带电作业的安全性。

实施例二

本实施例提供了一种主从与自主作业一体化的机械臂系统的控制方法，其包括：

接收作业环境信息，判断作业环境信息的操作复杂度，根据作业环境信息的操作复杂度来控制所述机械臂系统在主从控制模式和自主控制模式之间切换；其中，所述操作复杂度由所述机械臂本体的所需执行指令数来表征；

在主从控制模式下，获取机械臂本体和主手的关节位置信息，将主手自动同步到机械臂主体的当前位置，同步完成后再通过主手控制机械臂本体执行对应作业操作；

在自主控制模式下，控制主手处于锁定状态，通过机械臂控制器来控制机械臂本体的自主作业。

在一个或多个实施例中，所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统的控制方法，还包括：

分别对所述机械臂系统进行绝缘保护、基于外部环境感知保护、运动保护以及主手重启保护。

具体地，在运动保护的过程中，获取机械臂本体的运动速度及受到的外力，当机械臂本体的运动速度超过设定运动速度阈值或受到的外力超过预设外力阈值时，由主从控制器立即向机械臂控制器下发保护性停止运动命令。

实施例三

本实施例提供了一种机器人系统，其包括如上述实施例一所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统。

此处需要说明的是，本实施例中的机器人系统，除了主从与自主作业一体化的机械臂系统之外，其他结构均可采用现有结构来实现，此处不再详述。

实施例四

如图5所示，本实施例提供了一种主从控制器，其包括：

(1)作业环境信息接收模块，其用于接收作业环境信息；

(2)操作复杂度判断模块，其用于判断作业环境信息的操作复杂度；

(3)作业模式控制模块，其用于根据作业环境信息的操作复杂度来控制所述机械臂系统在主从控制模式和自主控制模式之间切换；其中，所述操作复杂度由所述机械臂本体的所需执行指令数来表征。

具体地，所述作业模式控制模块包括：

(3.1)第一子控制模块，其用于在主从控制模式下，获取机械臂本体和主手的关节位置信息，将主手自动同步到机械臂主体的当前位置，同步完成后再通过主手控制机械臂本体执行对应作业操作；

(3.2)第二子控制模块，其用于在自主控制模式下，控制主手处于锁定状态，通过机械臂控制器来控制机械臂本体的自主作业。

在一个或多个实施例中，所述主从控制器，还包括：

(4)保护控制模块，其用于分别对所述机械臂系统进行绝缘保护、基于外部环境感知保护、运动保护以及主手重启保护。

在一些实施例中，所述保护控制模块还用于：在运动保护的过程中，获取机械臂本体的运动速度及受到的外力，当机械臂本体的运动速度超过设定运动速度阈值或受到的外力超过预设外力阈值时，由主从控制器立即向机械臂控制器下发保护性停止运动命令。

实施例五

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例二所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统的控制方法中的步骤。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种主从与自主作业一体化的机械臂系统，其特征在于，包括任务执行模块和主从控制模块；

所述任务执行模块包括机械臂本体及与其相连的机械臂控制器；所述主从控制模块包括主手和主从控制器，所述主手与主从控制器相连，所述主从控制器与机械臂控制器相互通信；

所述主从控制器用于接收作业环境信息，并判断作业环境信息的操作复杂度，根据作业环境信息的操作复杂度来控制所述机械臂系统在主从控制模式和自主控制模式之间切换；其中，所述操作复杂度由所述机械臂本体的所需执行指令数来表征。

2.如权利要求1所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统，其特征在于，所述主从与自主作业一体化的机械臂系统还包括系统保护模块，所述系统保护模块包括绝缘保护子模块、外部环境感知子模块、运动保护子模块和主手重启保护子模块。

3.如权利要求2所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统，其特征在于，所述运动保护子模块与主从控制器相连，所述主从控制器还用于获取机械臂本体的运动速度及受到的外力，当机械臂本体的运动速度超过设定运动速度阈值或受到的外力超过预设外力阈值时，由主从控制器向机械臂控制器下发保护性停止运动命令。

4.如权利要求2所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统，其特征在于，所述主手重启保护子模块与主从控制器相连，所述主从控制器用于获取主手的故障信息，当主手出现硬件错误时，由主从控制器向主手发送重启命令。

5.如权利要求2所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统，其特征在于，所述外部环境感知子模块用于感知机械臂本体与外部设备之间的距离，并发送至主从控制器，由主从控制器通过机械臂控制器来控制机械臂本体的移动位置。

6.如权利要求2所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统，其特征在于，所述绝缘保护子模块包括设备层绝缘防护结构和通信层光纤绝缘结构。

7.如权利要求1所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统，其特征在于，若作业环境信息的操作复杂度超过预设操作复杂度阈值时，所述主从控制器用于控制所述机械臂系统处于主从控制模式；否则，所述主从控制器用于控制所述机械臂系统处于自主控制模式。

8.如权利要求1所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统，其特征在于，在主从控制模式下，所述主从控制器用于获取机械臂本体和主手的关节位置信息，将主手自动同步到机械臂主体的当前位置，同步完成后再通过主手控制机械臂本体执行对应作业操作。

9.如权利要求1所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统，其特征在于，在自主控制模式下，所述主从控制器用于控制主手处于锁定状态，通过机械臂控制器来控制机械臂本体的自主作业。

10.如权利要求1所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统，其特征在于，所述主手与主从控制器以及所述主从控制器与机械臂控制器之间均设置有通信的心跳机制。

11.如权利要求1所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统，其特征在于，所述主从控制器还用于接收人机交互屏发出的任务指令，以修改主从控制器的控制模式和机械臂本体的参数。

12.如权利要求1所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统，其特征在于，在自主控制模式下，所述机械臂控制器用于控制机械臂本体进行笛卡尔空间运动和关节运动。

13.一种机器人系统，其特征在于，包括如权利要求1-12中任一项所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统。

14.一种如权利要求1-12任一项所述主从与自主作业一体化的机械臂系统的控制方法，其特征在于，包括：

接收作业环境信息，判断作业环境信息的操作复杂度，根据作业环境信息的操作复杂度来控制所述机械臂系统在主从控制模式和自主控制模式之间切换；其中，所述操作复杂度由所述机械臂本体的所需执行指令数来表征；

在主从控制模式下，获取机械臂本体和主手的关节位置信息，将主手自动同步到机械臂主体的当前位置，同步完成后再通过主手控制机械臂本体执行对应作业操作；

在自主控制模式下，控制主手处于锁定状态，通过机械臂控制器来控制机械臂本体的自主作业。

15.如权利要求14所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统的控制方法，其特征在于，所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统的控制方法，还包括：

分别对所述机械臂系统进行绝缘保护、基于外部环境感知保护、运动保护以及主手重启保护。

16.如权利要求15所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统的控制方法，其特征在于，在运动保护的过程中，获取机械臂本体的运动速度及受到的外力，当机械臂本体的运动速度超过设定运动速度阈值或受到的外力超过预设外力阈值时，由主从控制器向机械臂控制器下发保护性停止运动命令。

17.一种如权利要求1-12任一项所述主从与自主作业一体化的机械臂系统的主从控制器，其特征在于，包括：

作业环境信息接收模块，其用于接收作业环境信息；

操作复杂度判断模块，其用于判断作业环境信息的操作复杂度；

作业模式控制模块，其用于根据作业环境信息的操作复杂度来控制所述机械臂系统在主从控制模式和自主控制模式之间切换；其中，所述操作复杂度由所述机械臂本体的所需执行指令数来表征；

所述作业模式控制模块包括：

第一子控制模块，其用于在主从控制模式下，获取机械臂本体和主手的关节位置信息，将主手自动同步到机械臂主体的当前位置，同步完成后再通过主手控制机械臂本体执行对应作业操作；

第二子控制模块，其用于在自主控制模式下，控制主手处于锁定状态，通过机械臂控制器来控制机械臂本体的自主作业。

18.如权利要求17所述的主从控制器，其特征在于，所述主从控制器，还包括：

保护控制模块，其用于分别对所述机械臂系统进行绝缘保护、基于外部环境感知保护、运动保护以及主手重启保护。

19.如权利要求18所述的主从控制器，其特征在于，所述保护控制模块还用于：在运动保护的过程中，获取机械臂本体的运动速度及受到的外力，当机械臂本体的运动速度超过设定运动速度阈值或受到的外力超过预设外力阈值时，由主从控制器立即向机械臂控制器下发保护性停止运动命令。

20.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求14-16中任一项所述的主从与自主作业一体化的机械臂系统的控制方法中的步骤。