專利名稱：生物信息隨動即時示教控制機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及機(jī)器人領(lǐng)域。
二背景技術(shù)：
人們已經(jīng)發(fā)明了許多各種各樣的機(jī)器人，其控制方式一般分為1.實時現(xiàn)場或無線遙控控制技術(shù)。
2.示教編程。
3.離線編程(虛擬圖象示教編程)。
4.固定式程序編程控制。
5.人工智能控制方式傳統(tǒng)的遙控都是采用鍵盤鼠標(biāo)按鈕，控制桿，軌跡球等，由操作人員雙手或雙腳進(jìn)行操作控制，其缺點是操作復(fù)雜，反應(yīng)慢，難以對復(fù)雜的動作進(jìn)行控制，人員工作強(qiáng)度大，對精細(xì)復(fù)雜的信息需反復(fù)學(xué)習(xí)練習(xí)方能掌握。機(jī)器人的機(jī)械臂是一個多連桿并行運(yùn)行機(jī)構(gòu)，操作人員很難對其進(jìn)行同時協(xié)調(diào)控制。傳統(tǒng)的示教(包括離線編程，即虛擬圖象示教編程)，解決了復(fù)雜環(huán)境和復(fù)雜動作的編程控制，但它的一個示教動作，又只能用于單純固定的工作環(huán)境，在一個多任務(wù)且不斷變化的單件或少量小重復(fù)性工作中，難以勝任。固定編程式控制方式，含帶有傳感器的控制方式，仍然難以在復(fù)雜多變的環(huán)境中進(jìn)行工作，且其編程復(fù)雜。人工智能控制方式，這是一種最理想的控制方式，但目前仍處于基礎(chǔ)研究階段。不僅沒有一種實用的解決方案，而且該方式還存在巨大的風(fēng)險。完全自主運(yùn)行的人工智能機(jī)器人，其智力復(fù)雜程度可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人類，一旦受到病毒感染或程序混亂或運(yùn)行程序出界失去控制，其將造成巨大的災(zāi)難性后果。
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三
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是制造出一種操作控制極其簡單，直接利用人或動物的生物信息來進(jìn)行操控和示教編程，同時又能兼容自主程序驅(qū)動、人工智能和監(jiān)護(hù)式工作模式的自動機(jī)械裝置。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的本實用新型由生物信息采集系統(tǒng)、現(xiàn)場執(zhí)行裝置、傳輸系統(tǒng)、執(zhí)行邏輯程序運(yùn)算的計算機(jī)及相應(yīng)的軟件程序組成。
生物信息采集系統(tǒng)由各種傳感器及附加裝置構(gòu)成。各種傳感器直接采集人或動物的各種生物活動信息，來直接控制或作為編程示教程序的運(yùn)動模型信號，或作為人工智能程序的框架數(shù)據(jù)或?qū)W習(xí)程序數(shù)據(jù)。進(jìn)而控制機(jī)械裝置，完成各種復(fù)雜的操作。如采用角度傳感器采集人各關(guān)節(jié)的信號，如直接采集人腿部或臂部、手部關(guān)節(jié)的活動角度、速度信號，來控制機(jī)械腿或機(jī)械臂或機(jī)械手的運(yùn)動。使用攝像機(jī)及圖像處理計算機(jī)來采集人眼球的運(yùn)動角度和速度信號來控制人造眼球的運(yùn)動，使其更加靈活。
傳輸系統(tǒng)使用了有線直接傳輸、無線傳輸、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸和無線加網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。
本實用新型的程序控制最好使用復(fù)合式控制方式，即即使控制方式、即時示教編程、固定程序編程控制、高級人工智能控制。當(dāng)然在后述的具體實施例中也可使用單獨工作模式。
在進(jìn)行高級人工智能控制時加裝監(jiān)護(hù)式工作系統(tǒng)，當(dāng)然在其他工作模式時，也可加裝該系統(tǒng)，即在現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)器人上加裝各種傳感器，如角度傳感器、壓力傳感器、圖像傳感器、聲音傳感器，將現(xiàn)場情況實時反饋給監(jiān)視操作人員，并將高級人工智能程序運(yùn)行的過程參數(shù)及運(yùn)行結(jié)果反饋給操作人員。本實用新型在進(jìn)行多機(jī)大群監(jiān)護(hù)式工作時，可采用分組式工作系統(tǒng)。
在現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)器人可自動完成工作時，操作人員不需干預(yù)，一旦現(xiàn)場要求超出現(xiàn)場程序能力范圍，可即時由操作人員調(diào)整程序參數(shù)或進(jìn)行編程。
與現(xiàn)有的在背景技術(shù)中敘述的各種控制系統(tǒng)相比，本實用新型不僅可完成大批量高重復(fù)性工作，還可有效完成小批量非重復(fù)性工作，同時本實用新型采用上述編程控制方式，使編程的復(fù)雜程度和工作量大大降低，不僅對專業(yè)人員可大大降低工作量，而且在實施控制操作時，操作人員僅需簡單培訓(xùn)即可操作自如，不再需要掌握復(fù)雜艱難的專業(yè)編程知識，如對通用機(jī)器人的動作控制或示教編程時，操作人員只需做相應(yīng)動作即可完成控制或編程；同時使用無線傳輸及網(wǎng)絡(luò)傳輸可使操作人員遠(yuǎn)離工作現(xiàn)場，甚至遠(yuǎn)離千里之外也能實施完成對現(xiàn)場機(jī)器人的即時控制或編程；同時還避免了高級人工智能程序完全自主運(yùn)行，自行產(chǎn)生超出人類智能及控制能力的程序思想或產(chǎn)生傷害人類的運(yùn)行結(jié)果。使用監(jiān)護(hù)式分組工作系統(tǒng)，使一個工作小組可對遠(yuǎn)超出操作人員數(shù)量的現(xiàn)場機(jī)器人進(jìn)行監(jiān)視護(hù)理控制，大大擴(kuò)展了機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域，提高了工作效率，降低了工作成本，使其可以進(jìn)入象家庭這樣的工作領(lǐng)域。
四

圖1中給出了一種通用機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。
圖2為控制臺和控制轉(zhuǎn)椅。
圖3為強(qiáng)磁場焊接機(jī)器人。
圖4為加有磁場時的焊接過程。
圖5為最簡單的信號線直接連接方式圖。
圖6為眼球跟隨立體成像及測距系統(tǒng)現(xiàn)場攝像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖7為是在焊接機(jī)械臂上細(xì)部圖。
圖8為機(jī)器人端為無線，通過因特網(wǎng)進(jìn)行全球無線傳輸?shù)姆绞綀D。
圖9為雙紅外激光眼球跟隨意識按鍵控制系統(tǒng)眼球識別跟蹤系統(tǒng)俯視圖。
圖10為雙紅外激光眼球跟隨意識按鍵控制系統(tǒng)眼球識別跟蹤系統(tǒng)側(cè)視圖。
圖11為數(shù)據(jù)測試反饋臂手部的指輪的詳細(xì)結(jié)構(gòu)正視圖。
圖12為數(shù)據(jù)測試反饋臂手部的指輪的詳細(xì)結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
圖13給出了一種操作人員及探測反饋服在駕施倉內(nèi)的實施例。
圖14、圖53為空間意識流鼠標(biāo)空間模型坐標(biāo)方式簡化裝置。
圖15為電控柔性流體徑向伸縮器件未沖壓做工橫截面圖。
圖16為電控柔性流體徑向伸縮器件沖壓做工后橫截面圖。
圖17為電控柔性流體徑向伸縮器件沖壓做工預(yù)制褶皺帶有加強(qiáng)筋橫截面圖。
圖18為使用無線數(shù)傳模塊傳輸方式圖。
圖19給出了電控柔性流體徑向伸縮器件完整的元件結(jié)構(gòu)圖。
圖20和圖47給出了通用機(jī)器人的電路結(jié)構(gòu)。
圖21為理想的熒光物質(zhì)的能級結(jié)構(gòu)。
圖22為熒光物質(zhì)在屏內(nèi)以片狀錯開分布屏幕的橫切面圖。
圖23為一種角度跟隨與壓力比較式相混合的測試驅(qū)動方式數(shù)據(jù)測試反饋臂的圖。
圖24為自調(diào)透光率的遮光裝置。
圖25為空間意識流鼠標(biāo)圖象場景識別攝象機(jī)采用跟隨掃描方式場景攝象機(jī)安裝在操作人員頭部的俯視圖。
圖26為空間意識流鼠標(biāo)圖象場景識別攝象機(jī)采用跟隨掃描方式場景攝象機(jī)安裝在操作人員頭部的側(cè)視圖。
圖27為控制轉(zhuǎn)椅結(jié)構(gòu)。
圖28為窄帶濾光片透過率圖。
圖29為測試反饋服膝關(guān)節(jié)的具體結(jié)構(gòu)。
圖30為被動式自動測距裝置圖俯視圖。
圖31為被動式自動測距裝置圖側(cè)視圖。
圖32為空間意識流鼠標(biāo)圖象場景識別攝象機(jī)采用跟隨掃描方式場景攝象機(jī)安裝在操作人員兩眼視線的連線上的圖。
圖33為擬人機(jī)器人使用的模擬眼球的結(jié)構(gòu)圖。
圖34為雙分叉的導(dǎo)引棒結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
圖35為電控柔性流體徑向伸縮器件網(wǎng)狀加強(qiáng)筋圖。
圖36給出了雙紅外激光眼球跟隨意識按鍵控制系統(tǒng)確認(rèn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。
圖37為給出了方向舵正視圖。
圖38為給出了方向舵?zhèn)纫晥D圖39為一個兩軸或三軸的頭套。
圖40機(jī)械臂。
圖41為眼球跟隨立體成像及測距系統(tǒng)現(xiàn)場觀察攝像圖。
圖42為電控柔性流體徑向伸縮器件未沖壓做工預(yù)制褶皺帶有加強(qiáng)筋橫截面圖。
圖43為給出了進(jìn)退舵正視圖。
圖44為給出了進(jìn)退舵?zhèn)纫晥D。
圖45為空間意識流鼠標(biāo)圖象場景識別攝象機(jī)采用固定按裝方式俯視圖。
圖46為空間意識流鼠標(biāo)圖象場景識別攝象機(jī)采用固定按裝方式側(cè)視圖。
圖48為熒光激發(fā)法的屏的正面的細(xì)部詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
圖49為熒光激發(fā)法的屏的正面詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
圖50為熒光物質(zhì)在屏內(nèi)錯開分布屏幕的正面圖。
圖51為導(dǎo)引帶的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
圖52為眼球跟隨立體成像及測距系統(tǒng)圖象處理及控制電路部分結(jié)構(gòu)圖。
圖54為電控柔性流體徑向伸縮器件圖。
圖55為機(jī)器人戰(zhàn)甲，采用貼身穿戴的設(shè)計。
圖56為另一種眼球跟隨立體成像及測距系統(tǒng)圖象處理及控制電路部分結(jié)構(gòu)圖。
圖57實施例給出了一種防護(hù)運(yùn)載服，即戰(zhàn)甲機(jī)器人，只有腿部穿在操作人員身上，上半身處在駕施倉內(nèi)。
圖58為眼球跟隨立體成像及測距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖59眼球跟隨立體成像系統(tǒng)中使用凸面鏡結(jié)構(gòu)圖。
圖60為擬人機(jī)器人設(shè)計的網(wǎng)狀皮膚表紋。
圖61為擬人機(jī)器人設(shè)計的卵狀皮膚表紋。
圖62為空間意識流鼠標(biāo)使用紅外激光管發(fā)射特征識別碼的實施例圖。
圖63為數(shù)據(jù)測試反饋臂手部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)俯視圖。
圖64為數(shù)據(jù)測試反饋臂手部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)斜視圖。
圖65為雙分叉的導(dǎo)引棒結(jié)構(gòu)斜視圖。
圖66為軟磁性材料制成套在焊槍上的磁場發(fā)生裝置。
圖67為硬磁性材料制成套在焊槍上的磁場發(fā)生裝置。
圖68為測試反饋服結(jié)構(gòu)。
圖69為電控柔性流體徑向伸縮器件未沖壓做工圖。
圖70為電控柔性流體徑向伸縮器件未沖壓做工預(yù)制褶皺帶有加強(qiáng)筋側(cè)面圖。
圖71人體全身關(guān)節(jié)示例。
圖72給出了雙紅外激光眼球跟隨意識按鍵控制系統(tǒng)激光掃描定位裝置的結(jié)構(gòu)。
圖73為擬人機(jī)器人人造皮膚結(jié)構(gòu)。
圖74給出了電控柔性流體徑向伸縮器件接頭處完整的元件結(jié)構(gòu)圖。
圖75為一種操作控制臺與控制座椅的結(jié)構(gòu)。
圖76給出了雙紅外激光眼球跟隨意識按鍵控制系統(tǒng)激活執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。
圖77為集群分組式監(jiān)護(hù)控制工作模式圖。
五具體實施方式
通用機(jī)器人本實用新型給出了一種簡化的通用機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。在附圖1中給出了一種通用機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，1為頭部是攝象機(jī)護(hù)罩，內(nèi)裝攝象機(jī)，2為泛音拾音話筒，3為強(qiáng)指向拾音器，4為激光指示器，5為天線，6為脖子，在此使用帶有兩個電機(jī)的云臺以實現(xiàn)頭部在水平和俯仰方向的旋轉(zhuǎn)。7為下盤三輪小車使用了后三點式設(shè)計，8為機(jī)械臂，9為腰部盤式轉(zhuǎn)軸。210為照明燈。
本實用新型的機(jī)械臂如圖40所示，使用了六自由度的設(shè)計，211為手部電機(jī)，手部使用絲套雙連桿方式，以保持指端為平夾手，219為指端壓力傳感器，212為腕部俯仰電機(jī)，213為腕部左右旋轉(zhuǎn)電機(jī)，214為肘部電機(jī)，肘部電機(jī)與肘部關(guān)節(jié)220之間使用了連桿方式聯(lián)接，217為上臂左右旋轉(zhuǎn)電機(jī)，218為肩部俯仰旋轉(zhuǎn)電機(jī)，216為腕部俯仰軸，它與腕部電機(jī)212之間也使用連桿聯(lián)接。
圖20和圖47給出了它的電路結(jié)構(gòu)，在圖20中，直線左邊為機(jī)器人電器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，右邊為控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。230為各部位角度傳感器，231為各部位壓力傳感器，232為數(shù)據(jù)通訊接口模塊，兼有數(shù)據(jù)采集功能，在此使用了帶有模擬量采集功能的PCI卡，232將采到的數(shù)據(jù)傳回給計算機(jī)233，234為攝象機(jī)，235為圖象采集模塊，236為圖象采集模塊，236為各部位驅(qū)動電機(jī)，248為非接觸控制系統(tǒng)及各種狀態(tài)指示燈，237為驅(qū)動模塊，238為聲卡，239為音箱，240為各種麥克，241為照明燈，242為無線通訊模塊，244為無線通訊模塊。
在此無線通訊使用了300MHZ、1.2GHZ、2.4HZ三種通訊模塊，以2.4GHZ為主通訊模塊，1.2GHZ為備份，300MHZ為緊急備份，一般在建筑物遮擋的情況下緊急起用。
243為監(jiān)護(hù)操控員用耳機(jī)，246為鍵盤，247為狀態(tài)反饋電機(jī)，圖47的電路結(jié)構(gòu)與圖20基本相同，不同之處是在圖47中的視頻及音頻部分直接使用了數(shù)傳模塊249，250為音頻處理及功放系統(tǒng)。
通用控制系統(tǒng)本實用新型使用了如圖2所示的控制臺和控制轉(zhuǎn)椅，10為中央主顯示器，一般用于顯示機(jī)器人的頭部攝象機(jī)傳回的圖象，11為左手局部顯示器，12為右手局部顯示器，11、12分別顯示左右手進(jìn)行精細(xì)操作時的圖象，13為操作手柄，14為操作鍵盤。他有與計算機(jī)相同的鍵盤。左腳邊15為左切換踏板，16為方向舵，其具體結(jié)構(gòu)如圖27所示，方向舵的末端連接有角度傳感器，17為右切換踏板，18為進(jìn)退舵，負(fù)責(zé)前進(jìn)和后退控制。19為剎車。
圖27給出了編程控制操作轉(zhuǎn)椅的結(jié)構(gòu)。
它有一個兩軸或三軸的頭套20，20的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖39和圖27所示，頭套20上有俯仰轉(zhuǎn)軸21，輔助轉(zhuǎn)軸22及水平轉(zhuǎn)動軸23，在頭套20上還安裝有耳機(jī)24和麥克25，俯仰軸21可以是球軸，既擁有兩個自由度，也可再分解為可使頭部左右擺動的水平和俯仰運(yùn)動的單軸，在控制前述的簡單通用機(jī)器人時，只需安裝有俯仰軸時即可，即只有軸21即可，不需要輔助轉(zhuǎn)軸22。230為頭部左右擺動軸。
頭套20通過軸21固定在靠片托架26上，托架26的里面，即向人體面被設(shè)計成附合人體自然彎曲曲線的S形。
在托架的肩部，安裝有測試反饋控制機(jī)械臂，當(dāng)然在這里也可使用前述雙足行走裝置中的機(jī)器人戰(zhàn)甲所使用的反饋測試服來控制機(jī)械臂或作為示教編程的運(yùn)動軌跡參數(shù)測試輸入裝置。
操作人員的坐墊通過可旋轉(zhuǎn)的軸27安裝在底座上，軸27連接有角度傳感器，該角度傳感器所獲得的角度信號被傳至前端計算機(jī)，用于控制機(jī)器人的腰部轉(zhuǎn)動。
當(dāng)然轉(zhuǎn)軸27也可取消，即將座墊直接固定在底座上。腰部的轉(zhuǎn)動由手部的快捷鍵和指輪進(jìn)行控制。
在圖37、圖38中，給出了方向舵的詳細(xì)結(jié)構(gòu)方向舵由踏板30，其作用是固定操作人員的腳，其上安裝有固定帶34，在其中心安裝有軸31，軸上安裝有歸位簧32，在軸上安裝有角度傳感器33，其工作原理是當(dāng)操作人員希望機(jī)器人向左轉(zhuǎn)時，左腳向左轉(zhuǎn)動一個角度，由角度傳感器測的角度值，并經(jīng)采集和傳輸系統(tǒng)傳至機(jī)器人控制計算機(jī)，由計算機(jī)通過驅(qū)動器驅(qū)動轉(zhuǎn)向電機(jī)轉(zhuǎn)動一個相同或成比例(如1/2角度或3倍角度)的角度，以達(dá)到轉(zhuǎn)向的目的。最好的情況是轉(zhuǎn)動相同的角度。
在圖43、圖44中，給出了進(jìn)退舵的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，它也由踏板30、固定帶34、歸位簧32和角度傳感器33和橫向軸35組成。
當(dāng)操作人員向前或向后踩踏板時，角度傳感器采集到一個方向信號和一個角度信號，這兩個信號傳至控制計算機(jī)，方向信號被用來驅(qū)動機(jī)器人前進(jìn)后退，向前踩為前進(jìn)，向后踩為后退。角度信號被用來作為速度(或力量)的驅(qū)動信號，即踩下角度越大，機(jī)器人前進(jìn)的速度就越快。這樣設(shè)計方向舵和前進(jìn)后退舵的優(yōu)點是它的操作方式貼近汽車的操作方式和習(xí)慣，使操作人員簡單易學(xué)。
圖75給出了另一種操作控制臺與控制座椅的結(jié)構(gòu)，與圖2和圖27中的操作控制臺與控制座椅不同的是，它的主顯示器10，輔助顯示器11和12，通過一個托架65，固定在靠背托架26上，26通過一個可旋轉(zhuǎn)的軸66固定在底座上，人體腰部的轉(zhuǎn)動是以脊柱為軸心轉(zhuǎn)動的，而軸心及軸向與操作人員的脊軸轉(zhuǎn)動軸心及軸向重合，同時軸66安裝有角度傳感器。在控制操作時，操作人員轉(zhuǎn)動腰部，顯示器將隨操作人員同時轉(zhuǎn)動，同時由軸66處角度傳感器采集的信號，去控制機(jī)器人腰部的運(yùn)動。從而使操作控制更加方便、逼真、容易。其它部分的控制編程與圖2至圖27中的相同，當(dāng)然在此操作人員也可使用“雙眼球跟隨立體成像系統(tǒng)”作為顯示系統(tǒng)從而使其控制系統(tǒng)更加完善。
在本實用新型中機(jī)械臂的控制有下述幾種方式1、角度跟隨式2、壓力比較式3、混合式4、完全自主程序控制式該方式優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單造價低廉。
人的臂部可分為下述幾個關(guān)節(jié)和基本動作1、肩部肩關(guān)節(jié)為球節(jié)，有兩個自由度，可分解為俯仰和開合兩個旋轉(zhuǎn)方向。
2、上臂上臂有一個繞臂長方向旋轉(zhuǎn)的動作3、肘部肘部為一個鉸接軸4、前臂(小臂)為一個饒臂長軸轉(zhuǎn)動的動作5、腕部為一個鉸接軸人臂各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度，均未有超過360度的(肩部除外)數(shù)據(jù)采集操作反饋控制機(jī)械臂數(shù)據(jù)采集操作反饋控制機(jī)械臂分為數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)和非數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)。在數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)，電磁剎車放開，數(shù)據(jù)采集操作反饋控制機(jī)械臂可自由活動，操作人員可自由作出各種復(fù)雜的動作。
在數(shù)據(jù)輸入完畢，可轉(zhuǎn)入非數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)。可通過手部或腳部快捷鍵關(guān)閉電磁剎車，此時全臂關(guān)節(jié)鎖定、閉合、固定，數(shù)據(jù)采集操作反饋控制機(jī)械臂即變成了一個扶手和托架，托著操作人員手臂，使其處于最舒適的狀態(tài)，可充分減少人員疲勞。
角度跟隨式機(jī)械臂，就是在人臂活動的各關(guān)節(jié)處，固定上角度傳感器。操作人員臂部按實際操作運(yùn)動時，測得各關(guān)節(jié)的運(yùn)動角度和速度，并傳遞給前端控制計算機(jī)，驅(qū)動機(jī)器人的機(jī)械臂作出相同的動作。當(dāng)然也可存貯上述值，并作為下次重復(fù)相同動作時的驅(qū)動數(shù)據(jù)，而不必操作人員每次重復(fù)相同的動作，既示教編程。
該數(shù)據(jù)值還可以作為模糊控制程序軟件或擬人人工智能控制程序的框架數(shù)據(jù)。
圖23給出了一種角度跟隨與壓力比較式相混合的測試驅(qū)動方式。
它由橫截面為C型或環(huán)型的托架36，固定帶37，各關(guān)節(jié)的連接軸，軸關(guān)節(jié)電控鎖定裝置如電磁剎車，及角度壓力傳感器組成。托架36可由金屬或塑料或玻璃鋼復(fù)合材料等組成。內(nèi)襯柔軟的材料，如海綿等。其臂上開有通風(fēng)孔。固定帶由柔軟的織物制成，36與37一起將主操作臂舒適的固定在操作人員臂上。38為外殼，39為內(nèi)襯海綿層，40為角度傳感器及碟片狀電磁剎車及力反饋電機(jī)，42為連接軸。
圖63、64給出了手部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。43為十指與拇指處的壓力傳感器，44為十指拇指關(guān)節(jié)處的定位電機(jī)及角度傳感器。45為手掌托架，它被設(shè)計成中間隆起的丘狀結(jié)構(gòu)，以適合人體手掌彎曲的形狀，減少對手掌局部的壓力。它的內(nèi)襯層由柔軟材料制成，如海綿、橡塑材料等。46為掌背固定帶，47為指固定帶，它們均為柔軟的高分子材料制成，49為無名指處的快捷健。350為中指處的指輪。351為小指處的單快捷健，快捷健可設(shè)置成單健或雙健式甚至多健。
圖11給出了指輪350的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。352為大拇指端的壓力傳感器，353為拇指十指間的連接軸，44為軸端的定位電機(jī)。
圖11給出了指輪的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。指輪為一盤狀結(jié)構(gòu)，在其邊緣刻有防滑槽355。在盤面刻有條孔356和357，356在外357在內(nèi)，盤上的孔成組分布，一個外孔與一個內(nèi)孔組成一組，在同一個組內(nèi)，外孔與內(nèi)孔錯開分布，組與組之間的距離一定不同。最好是大于它，指輪通過中心軸358固定在底座上。359和360分別是外孔和內(nèi)孔對應(yīng)的光敏接收器，可以是可見或紅外光敏管。361是半導(dǎo)體激光管或其它發(fā)光器。
其工作原理是當(dāng)手指撥動指輪，使其旋轉(zhuǎn)，外孔和內(nèi)孔轉(zhuǎn)到發(fā)光器361和接收器359和360之間時，接收器收到光便產(chǎn)生一個脈沖，再轉(zhuǎn)過一個角度，接收器和發(fā)光器被遮擋，直至下一個孔再次產(chǎn)生脈沖。當(dāng)順時針旋轉(zhuǎn)時，內(nèi)孔先產(chǎn)生脈沖。當(dāng)逆時針旋轉(zhuǎn)時，外孔產(chǎn)生的脈沖先于內(nèi)孔產(chǎn)生的脈沖。362為開在內(nèi)孔外孔之外或之內(nèi)的零點定位孔，它在盤上只有一個孔位，也有發(fā)光器和接收器，每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個脈沖。
指輪與快捷健組合使用，可實現(xiàn)許多的功能，如實現(xiàn)腰部的左右旋轉(zhuǎn)，或?qū)C(jī)械臂電機(jī)進(jìn)行精密控制，如可由軟件設(shè)定指輪，每10個脈沖，電機(jī)進(jìn)動1度，或100個或1000個脈沖進(jìn)動1度。前述的“測試編程控制系統(tǒng)”與“簡化通用機(jī)器人”組成了一個完整的工作系統(tǒng)。
其機(jī)械臂控制工作原理如下機(jī)器人機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的運(yùn)動，采用角度跟隨操作人員臂部關(guān)節(jié)的角度。操作人員在進(jìn)行實時遙控或示教編程時，做出一個動作時，由操作反饋控制機(jī)械臂上角度傳感器，測得各關(guān)節(jié)角度和速度信號，經(jīng)采集及傳輸系統(tǒng)傳給機(jī)器人計算機(jī)，由機(jī)器人計算機(jī)驅(qū)動電機(jī)以相同的速度傳過相同的角度，即機(jī)械臂模擬操作人員臂部的動作或稱為隨動式控制式，手部的控制則采用壓力比較。在實時控制或示教編程時操作人員拇指和十指向內(nèi)閉合，“數(shù)據(jù)采集操作反饋控制機(jī)械臂”同時向內(nèi)運(yùn)動的角度值，被角度傳感器傳回給“數(shù)據(jù)采集操作反饋控制機(jī)械臂”的控制計算機(jī)，由計算機(jī)驅(qū)動定位電機(jī)桿帶動軸向內(nèi)轉(zhuǎn)動相同的角度。手部的壓力傳感器48和352測得壓力信號。該信號經(jīng)采集及傳輸系統(tǒng)被傳至機(jī)器人控制計算機(jī)。與機(jī)器人指端傳回的壓力信號比較。當(dāng)操作反饋臂信號大于機(jī)器人指端信號，機(jī)器人機(jī)械手向內(nèi)閉和一個角度，再次比較仍大于時，再次向內(nèi)閉合運(yùn)動一個角度，直至壓力相等時然后停止。這樣機(jī)器人的機(jī)械手可與操作人員的手部運(yùn)動保持同步運(yùn)動，同時壓力或夾握力也相同，從而可實現(xiàn)許多精細(xì)的操作，如抓握易碎的玻璃制品等。將其作為示教編程，或自主程序編程的框架數(shù)據(jù)，可使復(fù)雜的編程操作變得簡單易學(xué)。當(dāng)然調(diào)整軟件設(shè)置值也可以使機(jī)器人手的壓力值放大或縮小，如將其值放大數(shù)倍再比較，可使其操作力很小，提高微力時的操作精度同時配合指輪，可達(dá)很高的操作精度。將其值縮小后再比較，可將其力量放大，以便拿握更重的物體。該種控制方式也同樣適合多指手和多關(guān)節(jié)手的控制。
控制邏輯關(guān)系控制分為自主控制，即車身自帶微機(jī)自主控制及輔助控制，安裝有兩種控制轉(zhuǎn)換開關(guān)手部控制當(dāng)控制端控制部分指端施壓，壓力傳感器采集信號，并將數(shù)據(jù)經(jīng)傳輸通道發(fā)至車身部分，由車身部分?jǐn)?shù)據(jù)處理電路與車身部分指端壓力傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)車身指端壓力小于驅(qū)動方式之一——施壓驅(qū)動1a 1b 1Y 2a 2b 1X α(控制端計算機(jī))β γ2X 2Y控制端壓力傳感器1a采集到的指壓力信號經(jīng)采集轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號被傳送至下位計算機(jī)β既機(jī)器人帶計算機(jī)，下位計算機(jī)β將1a的信號與1b(機(jī)器人端)壓力傳感器采集到的信號進(jìn)行比較，如壓力1a＞1b，則發(fā)出一個指令信號，指示電機(jī)
使其產(chǎn)生向內(nèi)轉(zhuǎn)動動作，此時安裝在與電機(jī)1聯(lián)動的角度傳感器1X感受到角度變化并把角度變化值傳給下位計算機(jī)β，并經(jīng)β轉(zhuǎn)發(fā)給上位機(jī)α，α把1X的信號值與角度傳感器1Y的值進(jìn)行比較當(dāng)1X＜1Y時，則發(fā)出驅(qū)動信號驅(qū)動電機(jī)2T“數(shù)據(jù)采集操作反饋控制機(jī)械臂”處的反饋力電機(jī)向內(nèi)轉(zhuǎn)動，直到1Y＝1X時停止。
實際上，在信號發(fā)送傳輸過程中，在電機(jī)驅(qū)動時，有一個最小驅(qū)動角度，確定一個最小驅(qū)動角。當(dāng)1a＜1b壓力時，電機(jī)及角度傳感器向相反方向轉(zhuǎn)動。
驅(qū)動方式之二——單向驅(qū)動即只有1a＞1b時，則電機(jī)向內(nèi)轉(zhuǎn)動；當(dāng)1a＜1b時，電機(jī)保持不動。
兩種驅(qū)動方式的切換可在上、下位機(jī)上進(jìn)行或單設(shè)切換開關(guān)。
驅(qū)動方式之三自電機(jī)2至15以下的電機(jī)采用如下驅(qū)動方式當(dāng)角度傳感器2Y采集到角度變化時，將變化值傳給上位機(jī)α，并經(jīng)上位機(jī)α轉(zhuǎn)發(fā)給下位機(jī)β，由β將2Y值與2X比較當(dāng)2X＞2Y，則驅(qū)動電機(jī)2順時針轉(zhuǎn)動；當(dāng)2X＜2Y，則驅(qū)動電機(jī)2逆時針轉(zhuǎn)動。
1)事實上，壓力傳感器1a由三個分壓力傳感器組成1a1、1a2、1a3，同樣的1b由三個分壓力傳感器組成1b1、1b2、1b3。比較時，首先由壓力傳感器組1a內(nèi)先比較出壓力最小的一個，然后傳至下位機(jī)與其對應(yīng)的壓力傳感器比較。如1a2在1a1、1a2、1a3中最小，則最終驅(qū)動比較時，由1a2與1b2比較最終驅(qū)動。
1號電機(jī)指機(jī)械臂指端電機(jī)，2號以上電機(jī)分別為碗部往上電機(jī)，其他也相同。
X為機(jī)械臂上角度傳感器，Y為“數(shù)據(jù)采集操作反饋控制機(jī)械臂”上角度傳感器。
雙足行走裝置本實用新型涉及一種，雙足行走的裝置。
在人類所實用新型的各種載運(yùn)工具中以輪式或履帶式運(yùn)載車輛使用范圍最廣，但輪式或履帶式運(yùn)動方式，越障能力及復(fù)雜地況的通行能力，比起采用人或動物的兩足或多足行走方式，差的太多，但采用兩足直立行走方式的機(jī)器人，都需要復(fù)雜的軟件編程，而目前并無一種能達(dá)到實用。采用兩足行走的人，則負(fù)載能力有限，在許多情況下形成嚴(yán)重的問題，如人們實用新型的防彈衣和防彈頭盔，因受到人體負(fù)載重量的限制，只能防住頭和身軀干部位，不能將四肢等部位全部防住，并且只能防輕型武器。如把全身都防護(hù)，且要求防大口徑武器的攻擊，則防護(hù)衣本身的重量就使人無法承受，本實用新型解決上述問題。
本實用新型，采用如下方式，解決上述問題。
在操作人員身體的各活動部位安裝角度傳感器，在防護(hù)運(yùn)載裝置的相應(yīng)部位也對應(yīng)安裝有角度傳感器、驅(qū)動電機(jī)、壓力傳感器。其工作方式如下當(dāng)操作員運(yùn)動時其各關(guān)節(jié)部位的角度傳感器將機(jī)械信號轉(zhuǎn)為電子信號，經(jīng)數(shù)據(jù)采集電路模塊，傳給中心計算機(jī)。同時采集防護(hù)運(yùn)載裝置對應(yīng)部位的角度、壓力信號，并進(jìn)行比較，根據(jù)其差值驅(qū)動相應(yīng)部位的驅(qū)動元件進(jìn)行相同的跟隨運(yùn)動。
本實用新型可簡稱為“戰(zhàn)甲機(jī)器人”或“機(jī)器人戰(zhàn)甲”本實用新型的優(yōu)點是使用非常簡單的操作方式實現(xiàn)了機(jī)器人的兩足行走。兩足運(yùn)動裝置的控制不需要復(fù)雜的編程操作，使其控制操作簡單易行，容易操作。與單兵相比，戰(zhàn)甲機(jī)器人因其負(fù)載很大。因此，可以安裝很厚的裝甲，從而在戰(zhàn)場上除非被大口徑反坦克火器直接命中，否則無法將其摧毀。并且它可攜帶更多的武器裝備，同時其體積比裝甲戰(zhàn)車、坦克等要小的多，目標(biāo)小，且容易隱蔽，使其很難被直接擊中，使用機(jī)械動力后，其機(jī)動能力和負(fù)載能力更強(qiáng)。
綜合優(yōu)點具有極強(qiáng)的越障能力、堅厚的裝甲、很小的目標(biāo)、良好的機(jī)動能力、強(qiáng)大的火力、極強(qiáng)的生存能力，特別適合在山地或城市巷戰(zhàn)等復(fù)雜地況作戰(zhàn)，它的出現(xiàn)將改變陸戰(zhàn)模式。
以下結(jié)合附圖用實施例行對本實用新型做進(jìn)一步說明
1、實施例<1>圖55，采用貼身的設(shè)計，助力工作模式，其殼體可以采用裝甲鋼、復(fù)合裝甲，或根據(jù)其使用環(huán)境而更換材質(zhì)，如用于核電站、核污染或強(qiáng)輻射環(huán)境，可采用鉛板，也可以取消防護(hù)板件，只使用框架，從而將其只作為助力運(yùn)載工具以增加人體負(fù)重能力。
其結(jié)構(gòu)分為三大塊A、為固定在操作人員身上的測試反饋服；B、為穿在操作人員和測試反饋服外的防護(hù)負(fù)載外殼，即戰(zhàn)甲機(jī)器人外殼；C、為固定在防護(hù)負(fù)載外殼上的動力支持部分，及PLC工控和計算機(jī)等控制系統(tǒng)；D、為將操作人員及A連接在防護(hù)負(fù)載外殼上的連接乘載裝置。A部分即測試反饋服結(jié)構(gòu)如圖68它采用在操作人員關(guān)節(jié)部位與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸同方向安裝與轉(zhuǎn)動軸方向相同的傳感器，可以是角度傳感器或扭矩傳感器，以探測操作人員關(guān)節(jié)傳動的角度。
人體全身關(guān)節(jié)分為以圖71為例上為正(以后同此定義)，上下為Z軸，左右為X軸，左為正，前后為Y軸，向前為正。
人體全身分為1、頸部分為左右旋轉(zhuǎn)，在X、Y軸平面內(nèi)繞X軸旋轉(zhuǎn)；2、肩部<1>為球軸、可分解為在Z、Y軸平面內(nèi)繞X軸旋轉(zhuǎn)，<2>在X、Z軸平面內(nèi)繞Y軸旋轉(zhuǎn)；3、上臂在X、Y軸平面內(nèi)繞Z軸旋轉(zhuǎn)(以臂下垂)；4、肘部；5、腕部、球軸；6、手部、手指部分；7、腰部；8、腹部；9、髖部、球軸；10、滕部；11、腳腕部、球軸；12、腳掌部。
圖29給出了膝關(guān)節(jié)的具體結(jié)構(gòu)。
301為固定帶，302為固定架及聯(lián)接軸，303為角度轉(zhuǎn)感器(T型)，如為X型則應(yīng)同軸按裝定位電機(jī)，及角度傳感器，304為粘扣，306、307分別為操作人員的大腿及小腿，工作原理當(dāng)操作人員膝關(guān)節(jié)發(fā)生彎曲，即由角度傳感器測出其角度變化值，并上傳給C部分對由B部分膝關(guān)節(jié)對應(yīng)部位的角度傳感器309進(jìn)行比較，當(dāng)角度傳感器303順時針轉(zhuǎn)動一個角度在Δt時間內(nèi)時，C部分即發(fā)出控制信號給B部分的膝關(guān)節(jié)驅(qū)動元件，使殼體部分也順時針以同樣的時間Δt，轉(zhuǎn)動同樣的角度，即以同樣的角速度轉(zhuǎn)動相同的角度。反時針旋轉(zhuǎn)時，也同樣運(yùn)動相同的運(yùn)動方式即可實現(xiàn)，使防護(hù)負(fù)載服即戰(zhàn)甲機(jī)器人身體各部保持與操作人員相同的姿態(tài)，從而達(dá)到控制目的。
當(dāng)然，戰(zhàn)甲機(jī)器人可以穿在操作人員身上，也可以分離控制操作，圖57、圖13給出另外兩種實施例，圖57實施例給出了一種防護(hù)運(yùn)載服，即戰(zhàn)甲機(jī)器人，只有腿部穿在操作人員身上，上半身處在駕施倉內(nèi)。圖13給出了一種操作人員及探測反饋服在駕施倉內(nèi)的實施例。
圖29中，B為防護(hù)裝甲，C為動力艙，E為駕駛艙，操作人員及測試反饋服及連接乘載裝置均在此。F為武器，H為觀測裝置，圖中畫出的為“雙眼立體觀察裝置”的場景攝象機(jī)。
強(qiáng)磁場焊接機(jī)器人本實用新型還可用于解決強(qiáng)磁場下的焊接。
在強(qiáng)磁場環(huán)境中，如電解廠、發(fā)電廠、變電站等場所其電流非常大，達(dá)幾萬，甚至幾十萬，上百萬安培，強(qiáng)大的電流感發(fā)出極其強(qiáng)大的強(qiáng)磁場，且磁場方向變化不定。在這樣的環(huán)境中進(jìn)行焊接作業(yè)，焊弧將發(fā)生強(qiáng)烈的磁偏吹，熔化的帶電金屬液滴在強(qiáng)磁場作用下，不是飛向母材，而是四處飛濺，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量，有時甚至無法焊接。
本實用新型則可以有效地解決該問題。圖3給出了實施例318為操作人員，319為數(shù)據(jù)采集操作反饋控制機(jī)械臂，317為焊接操作機(jī)械臂，320為焊槍，321為套在焊槍上的磁場發(fā)生裝置。
圖66、圖67分別給出了磁場發(fā)生裝置的兩種具體結(jié)構(gòu)，兩種結(jié)構(gòu)均采用圓柱狀磁芯材料。圖66為軟磁性材料。圖67為硬磁性材料。圖66中324為螺旋環(huán)繞的導(dǎo)線，325為耐火導(dǎo)磁材料制成的焊口，可以是高鋁陶瓷等，326為冷卻空氣外泄孔，327為焊槍外殼，328為冷卻空氣管，其工作原理是在強(qiáng)磁場環(huán)境中進(jìn)行焊接作業(yè)時，324螺旋導(dǎo)線管通電產(chǎn)生強(qiáng)磁場，通過軟磁性磁心產(chǎn)生比周圍環(huán)境更強(qiáng)的磁場。圖66采用軟鐵稀土合金材料制作磁心，螺旋繞線324使用2000匝，329為燃弧區(qū)，在燃弧區(qū)產(chǎn)生平行于焊條及電弧的平行磁場，這樣在燃弧區(qū)，帶電金屬液滴將在平行磁場中產(chǎn)生螺旋向下運(yùn)動。如圖5所示，飛向母板，不會再產(chǎn)生橫向運(yùn)動。圖5為加有磁場時的焊接過程。
321為焊條，329為燃弧區(qū)，330為帶電金屬液滴，331為母材，333為環(huán)境磁場，在本圖中只列出了水平橫向磁場下的情況。334為金屬液滴在磁場作用下的運(yùn)動軌跡，在未加干擾磁場的情況下，溶化金屬液滴將不會飛向母材而是橫向亂飛。335為磁芯，外邊框開有一圈凹槽，其作用是整理磁場邊緣形狀，使其向內(nèi)向下加強(qiáng)。
本實用新型的攝像系統(tǒng)是在焊接機(jī)械臂上按裝有攝象機(jī)340，如圖7所示，在攝象機(jī)前端按裝有自調(diào)透過率的遮光裝置。
焊接電弧光非常強(qiáng)烈，人眼直視弧光幾秒鐘即可造成永久性傷害，人眼或攝象機(jī)直接暴露在弧光中或長時間工作在強(qiáng)弧光中均可對其造成損害，本實用新型使用了如圖24所示的自調(diào)透光率的遮光裝置，在圖24中341為平面防護(hù)片，可以是平板玻璃或是有機(jī)玻璃制成，其作用是防擋飛濺的焊渣，342為窄帶濾光片其透過率如圖28所示，344為透過率曲線，在紫外段或紅外光段，其透過率均比較底，最理想情況是透過率底于0.001以下，在可見光段有較高的透過率，理想情況是透過率大于30％，它的材料可使用有色光學(xué)玻璃，或是使用多層光學(xué)鍍膜制成的窄帶干涉濾光片制成，343是由液晶材料制成的光閥，在本實用新型中使用了兩層光閥制成。液晶光閥一般有兩種，一種是加電時呈低透光狀態(tài)，不加電時成高透光狀態(tài)，第二種光閥正好相反。兩種光閥在本實用新型中均可使用，最好是使用第一種光閥。在不焊接時，液晶光閥不加電，呈高透光狀態(tài)，攝象機(jī)可清晰地觀察到焊接區(qū)域，焊接瞬間給液晶光閥加電，使其轉(zhuǎn)為底透光狀態(tài)，液晶光閥的加電信號可以有三種提取方式，一種是取自于焊機(jī)內(nèi)部，如可聯(lián)自焊接線與地之間，二是使用感應(yīng)線圈，三是使用光敏二極管或是光敏電阻，液晶光閥的透過率可隨著加在其兩端的電壓高低進(jìn)行調(diào)節(jié)，在本實用新型中在控制手把上安裝有調(diào)節(jié)明暗度的旋鈕。
在焊槍上加裝磁場發(fā)生裝置后，焊槍及磁場發(fā)生裝置也帶有很強(qiáng)的磁場，如果使用手工進(jìn)行焊接，焊槍會被直接吸在母材上，無法進(jìn)行焊接。在本實施例中，使用了與前述通用機(jī)器人及通用控制裝置相同的機(jī)械臂及操作控制系統(tǒng)。機(jī)械臂各轉(zhuǎn)軸安裝有自鎖裝置，自鎖裝置可使用電磁剎車、電磁離合或使用蝸桿減速傳動裝置或使用步進(jìn)電機(jī)。這樣機(jī)械臂在無指令時，運(yùn)動不受磁場影響，只有隨動操作人員臂部運(yùn)動或程序指令時，才按照要求軌跡運(yùn)動，從而達(dá)到焊接自如的目的。
本實用新型還使用了“眼球跟隨立體成像及測距系統(tǒng)”。
“眼球跟隨立體成像及測距系統(tǒng)”在人類以往實用新型的立體成像系統(tǒng)，如激光全息成像系統(tǒng)和雙視差立體成像系統(tǒng)中，都是將預(yù)先制成的立體圖像被動的播放給觀察者，而在擬人機(jī)器人中，人們可以給機(jī)器人裝上兩只制成模擬眼球的攝象機(jī)，但只能使用手動或程序控制，使其運(yùn)動的逼真程度大大下降。
本實用新型如圖41、圖6、圖33、圖58、圖52所示，在前端即觀察現(xiàn)場，使用兩臺攝象機(jī)，觀察現(xiàn)場目標(biāo)，46為現(xiàn)場的兩臺場景攝象機(jī)，47為現(xiàn)場觀察目標(biāo)，48為一般環(huán)境(如焊接環(huán)境)使用的兩臺高速全方位云臺，49為間距調(diào)節(jié)裝置，50為現(xiàn)場景物攝象機(jī)的視角，55為操作或觀察人員的眼球，56為放置在觀察人員眼球前部的兩臺顯示屏。顯示屏被一擋板隔開，使操作人員左眼只能看到左邊的顯示屏，右眼只能看到右邊的顯示屏，57為放置在顯示屏和人的眼球之間傾斜放置的兩塊平行光學(xué)半反射鏡，其作用是讓顯示屏的圖象順利到達(dá)眼球，同時又將眼球的圖象反射給58，58為全反射鏡，兩邊各放置一塊，59為眼球圖象拍攝攝象機(jī)，58將57反射來的眼球圖象在反射給59，由59拍下人眼球的圖象。402為左右眼之間的擋板。
圖52給出了圖象處理及控制系統(tǒng)圖，在現(xiàn)場的兩臺現(xiàn)場場景攝象機(jī)的視角50最好與顯示屏圖象56對觀察操作者眼球所張的視角54相同，即視野相同，當(dāng)現(xiàn)場攝象機(jī)46視角大于54時，觀察者看到圖象大腦判斷出的物體尺寸會比實際的小，當(dāng)46視角小于54時，電腦判斷的物體將比實際大。兩臺現(xiàn)場攝象機(jī)的光學(xué)軸之間的距離最好與觀察操做人員眼平視，望向無限遠(yuǎn)時兩瞳孔之間的距離相等。當(dāng)間距小于兩瞳孔之間的距離時，觀操人大腦判斷出的間距會比實際的遠(yuǎn)，反之則相反。圖52給出了圖象系統(tǒng)及控制系統(tǒng)圖，64為圖象處理顯示電路，現(xiàn)場場景攝象機(jī)46拍攝的圖象直接顯示在顯示屏56上，左邊的攝象機(jī)拍攝的圖象顯示在左側(cè)顯示屏，右邊拍攝的顯示在右側(cè)顯示屏上，65為圖象采集卡，如59眼球拍攝攝象機(jī)輸出的是數(shù)字信號。則可不要將信號直接傳給66圖象處理計算機(jī)，67為PLC，68為驅(qū)動模塊，其工作原理是，首先將現(xiàn)場場景攝象機(jī)平行向正前方，并將此兩臺位置設(shè)為0位置，觀察操作人員兩眼平視望向正前方無限遠(yuǎn)，59拍下此時眼球的位置，并經(jīng)采集傳給圖象處理計算機(jī)66，利用圖象識別軟件，識別出虹膜，圓形虹膜的圓心即是瞳孔的位置，將此時位置設(shè)為0位置。
當(dāng)觀察人員觀察物體，眼球轉(zhuǎn)動時，如觀察左方物體，兩只眼球同時向左轉(zhuǎn)，眼球拍攝攝象機(jī)59將拍下的眼球轉(zhuǎn)動圖象傳給66，由圖象計算機(jī)識別出轉(zhuǎn)動后的虹膜和瞳孔，將瞳孔位置與0刻度時的位置進(jìn)行比較，即可得出轉(zhuǎn)動的角度，除以時間即可得出速度，將角度和速度直傳給PLC可編程邏輯控制器，PLC下傳指令給驅(qū)動模塊，驅(qū)動高速云臺的伺服電機(jī)向左以相同的速度轉(zhuǎn)動相同的角度，人在觀察物體時，左右眼球角度會有角度差，兩眼觀察到物體的圖象因角度不同會有微小的差別，人的大腦即可根據(jù)左右兩眼的圖象差，產(chǎn)生立體視覺，來判斷出物體的大小和距離。在本系統(tǒng)中，左右兩臺場景攝象機(jī)精確地跟隨左右眼球的轉(zhuǎn)動角度。其拍得的圖象會產(chǎn)生與人眼球觀察物體時相同的角度差，拍的圖象被左右顯示屏，準(zhǔn)確地還原再現(xiàn)給左右眼，即可使人產(chǎn)生猶如身臨其鏡的立體視覺。
圖56給出了另一種圖象處理及控制系統(tǒng)圖，該系統(tǒng)中沒有使用PLC，而是將66變成中央處理計算機(jī)，負(fù)責(zé)云臺鏡頭控制及圖象處理顯示。
為準(zhǔn)確在現(xiàn)眼球觀察到的圖象，左右兩顯示屏在顯示兩場景攝象機(jī)圖象時，應(yīng)將攝象機(jī)拍得的圖象的中心位置在顯示屏上與攝象機(jī)編轉(zhuǎn)相同的角度，即顯示屏顯示的攝象機(jī)拍攝的圖象的中心位置與瞳孔的連線與原始0的位置(即人眼平視望向無限遠(yuǎn)時的位置)所張的主體角與攝象機(jī)從原始0的位置所偏轉(zhuǎn)的主體角保持相同。它一般可采用修改圖象在屏幕上的X，Y軸位置，如使用圖象處理計算機(jī)來處理顯示圖象?？墒褂密浖芊奖愕恼{(diào)整它在屏幕上的位置，如為電路處理可增加一個電路模塊，調(diào)整圖象的掃描時間和位象，也可達(dá)到同樣的目的。屏幕至角膜的距離一般由框架來固定，或使用測距儀來實時測量。
圖33，給出了擬人機(jī)器人使用的模擬眼球的結(jié)構(gòu)，51為擬人機(jī)器人的眼球，它被制成象人眼一樣的青白色，在其前部有用光學(xué)玻璃或高分子材料制成的模擬角膜61，52和53分別為負(fù)責(zé)模擬眼球51水平左右和俯仰轉(zhuǎn)動的驅(qū)動裝置，它可以是帶有位置傳感器的液壓氣動桿，也可以是伺服電動機(jī)或是“柔性流體電控徑向伸縮裝置”制成，52和53的作用即相當(dāng)。
自動測距裝置在上述的立體成像系統(tǒng)中，也可把顯示屏前的半反射鏡改成安裝在顯示屏旁邊，較小的全反射鏡，最好是凸面鏡，如圖59，401為凸面全反射鏡。
上述的眼球跟隨裝置，實際上是一種獲得人的雙眼光學(xué)視軸交點，也是人的盯視點，或叫注意點或視線點、意識點的空間位置的方法。
將上述系統(tǒng)中的顯示屏去掉，只保留眼球跟蹤系統(tǒng)，該裝置即變成了純粹的盯視點跟蹤系統(tǒng)。
去掉或不去掉顯示屏，該系統(tǒng)均具有盯視點跟蹤功能，該功能在各種領(lǐng)域具有其廣泛的用途。
該系統(tǒng)具有測距功能。
與激光測距和雷達(dá)測距不同，它屬于被動式測距裝置。
軍事領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的激光測距儀和雷達(dá)測距，均屬主動式測距方式，在測量目標(biāo)距離時，均需向目標(biāo)先發(fā)射一束激光或雷達(dá)波，這種方式在測得目標(biāo)的位置的同時，也極易暴露自己的位置。
而本系統(tǒng)為被動式，在測試目標(biāo)的距離及速度時，并不需向目標(biāo)發(fā)射任何信號，只需操作人員向目標(biāo)看一眼即可。其工作原理是人在觀察目標(biāo)物體時，人的兩個眼球與目標(biāo)物體即構(gòu)成了一個三角形，如圖30、圖31所示A點為目標(biāo)物體，B為左眼球光學(xué)視軸與瞳孔中心交叉點，C為右眼球光學(xué)視軸與瞳孔中心交叉點，X為左眼光學(xué)視軸與兩BC點連線之間的夾角，Y為右眼光學(xué)視軸與兩BC點連線之間的夾角。D為B和C兩點之間的距離，或者D也可定義為兩眼球轉(zhuǎn)動中心的距離。
S，T分別是左右眼球與前述0刻度方向之間的夾角，也就是左右眼的偏轉(zhuǎn)角，而S+X＝90度，X＝90度-S，即X，Y可由前述的眼球圖象識別跟蹤程序算出，而D值是一個固定值，可預(yù)先測出，那么在一個三角形中，知道一條邊和兩個夾角，根據(jù)三角函數(shù)定理即可得出L(L為目標(biāo)物體到兩眼瞳孔連線或轉(zhuǎn)動中心連線，也即目標(biāo)到觀察者的距離)。
在前述的眼球圖象視別時，除可對虹膜的外型進(jìn)行識別比較外，也可對虹膜的精細(xì)圖象或眼球的毛細(xì)血管網(wǎng)圖象進(jìn)行識別比較，人的虹膜和毛細(xì)血管網(wǎng)均具有極其豐富和精細(xì)的結(jié)構(gòu)。因此可以保證眼球的精度，從而保證L有極高的精度。
直接使用前述的“眼球跟隨立體成像裝置”，既帶有場景攝象機(jī)和雙顯示屏的圖41、圖6、圖33、圖58、圖52所描述的實施例，也可對超遠(yuǎn)距離和微小物體實現(xiàn)精確測距測速和目標(biāo)定位。其原理基本相同，只是圖30、圖31中的人眼球的D、X、Y值分別變成了場景攝象機(jī)光學(xué)軸線與旋轉(zhuǎn)中心連線的夾角。
帶有場景攝象機(jī)的好處是可以給攝象機(jī)配裝望遠(yuǎn)鏡頭和顯微鏡頭，從而實現(xiàn)對遠(yuǎn)處和微小物體的測距測速。
在測速時，可加裝前述圖27所屬的頭套及肩部、頸部角度探測裝置，以測出操做人員頭頸部的偏轉(zhuǎn)角度，同時在兩臺場景攝象機(jī)及云臺下再加裝一臺帶有俯仰和左右旋轉(zhuǎn)的全方位云臺。從而可實現(xiàn)在更大范圍內(nèi)的全向測距。
在測速時，操作人員盯視目標(biāo)物體一個單位時間，測出目標(biāo)起始點處的距離L1和L2，及L1和L2的夾角，即可算出物體的速度和方向及方位，實現(xiàn)精確得空間定位。
電控柔性流體徑向伸縮器件本實用新型涉及一種在電信號控制下可以產(chǎn)生線性運(yùn)動做功的機(jī)械裝置。
在人類以往所發(fā)明的做功元件中，如各種電磁作用裝置、各種礦物燃料發(fā)動機(jī)、各種液壓和氣動元件等，它們均有固定的形狀，堅硬的外殼，而人和動物的肌肉均是柔軟的組織，用這些裝置是無法模擬生物組織的。效率較高，單位重量輸出功率比較大的礦物燃料發(fā)動機(jī)和電動機(jī)，結(jié)構(gòu)又都較為復(fù)雜，難以小型化，傳統(tǒng)的液壓及氣動元件多采用汽缸式結(jié)構(gòu)，缸桶及缸臂要求加工精度高，稍有缺陷或磨損，便會產(chǎn)生泄漏。
本實用新型涉及一種在電信號控制下，可以產(chǎn)生線性運(yùn)動作功的裝置。在人類以往所發(fā)明的作功原件中，如各種礦物燃料發(fā)動機(jī)，各種電磁作用裝置，各種液壓和氣動元件等，它們均有固定的形狀，而人和動物的肌肉均是柔軟的。效率較高的，單位重量輸出功率比較大的礦物燃料發(fā)動機(jī)，和電動機(jī)，結(jié)構(gòu)又都較為復(fù)雜，且圓周運(yùn)動轉(zhuǎn)為線性運(yùn)動又都需復(fù)雜的齒較減速及轉(zhuǎn)向。難以小型化，傳統(tǒng)的液壓及氣動元件多采用氣缺式結(jié)構(gòu)，缺筒及缸臂要求加工精度高稍有缺陷或磨損便會產(chǎn)生泄露。
本實用新型的目的，是制造一種擁有柔軟的結(jié)構(gòu)外形，及隆起的過程都象似人及動物肌肉的裝置，同時其結(jié)構(gòu)簡單，便于小型化，且可以在很小的空間內(nèi)安裝，可以安裝在復(fù)雜的框架上。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的本實用新型的基本結(jié)構(gòu)如圖54、圖16、圖69、圖15所示，由柔軟的材料制成的腔壁70，充壓的流體材料71，一個以上的電控閥72和73構(gòu)成的，腔壁70可以是聚脂膜，尼龍或聚乙烯或橡塑材料制成，在未工作時，器件如圖69所示，元件呈扁平狀，作功時73關(guān)閉72打開，高壓流體被壓入腔體內(nèi)，腔體膨脹，元件在軸方向產(chǎn)生伸縮。
下面結(jié)合實施例，對其進(jìn)行詳細(xì)說明，實施1例如圖70、圖17、圖42所示在腔壁上沿軸即徑向貼裝加強(qiáng)脛，加強(qiáng)脛可用尼龍絲線等強(qiáng)度較高，伸縮比小，即彈性系數(shù)較大的材料制成，同時在腔壁橫向有折皺，這樣制成的元件作功時，充進(jìn)高壓流體后腔壁沿徑向不會發(fā)生伸長，而只是沿橫向膨脹，元件將沿軸方向收縮，作功完畢關(guān)閉進(jìn)流閥72，打開負(fù)壓閥73，元件即伸長恢復(fù)原狀。實施例2如圖35給出使用彈性材料制成腔壁的元件結(jié)構(gòu)，腔壁使用橡膠制成，腔壁加有網(wǎng)狀脛條，74為徑向，75為橫向均為伸縮比較小的材料如尼龍絲制成，橫向的脛條在腔體未膨脹時被預(yù)制成彎曲狀。
實施例3圖19給出了另一種結(jié)構(gòu)。74為徑向的脛條它仍使用了如實施例圖35所示的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但在脛條網(wǎng)內(nèi)的腔體為球狀或橢球狀結(jié)構(gòu)，即84部分是空的，充壓作功時流體只進(jìn)入球形或橢球形的腔體77內(nèi)使其膨脹，使元件在軸方向縮短，它的優(yōu)點是與實施例1或2相比它在軸方向縮小相同的距離需充入的液體更少。實施例中的的腔體采用了橢圓柱狀，并且在其內(nèi)壁沿軸方向固定有加強(qiáng)筋78，它的橫截面可為圓形，也可制成折縐形，它與前幾種實施例相比，在充壓作功時需要更小體積的流體，它的腔內(nèi)的加強(qiáng)筋78在充壓的過程中，將使腔體無法沿軸方向膨脹，而只能沿橫與軸的方向膨脹。
圖19給出了完整的元件結(jié)構(gòu)圖，在圖19、圖74中，74為徑向加強(qiáng)筋，77為橢圓柱狀腔體，包括腔壁它由堅韌圓滑的材料制成，可使用聚脂或橡塑材料，80為加熱層，它可由網(wǎng)狀的電熱絲或流體加熱網(wǎng)制成，在此使用液體加熱網(wǎng)，81為加熱層的進(jìn)出入管，82為保溫層，可使用發(fā)泡塑料，人造脂肪層或其它柔軟的高分子材料制成，84為潤滑料，在此使用了低粘度的潤滑油，在各腔體及各層之間都充填有潤滑液，在此充填的是低粘度的潤滑油，83為溫度傳感器，85為壓力傳感器，該元件的工作原理與前述元件相同。所帶有的加熱層，保溫層溫度傳感器與溫控系統(tǒng)給人造肌肉構(gòu)造了一個恒溫環(huán)境，溫度被恒定地設(shè)置在36度-37度之間即與人體溫度相同，當(dāng)然如用在機(jī)器鳥或其它動物時，也可設(shè)定的與它們的體溫相同。保持恒定的溫度，有很多的好處，首先它用于擬人機(jī)器人時，可模擬出人體的溫度，使其更加像真人，再者，保持恒定的溫度，可使其使用的流體保持恒定的粘度和壓縮系數(shù)，便于進(jìn)行精確的控制，圖中86為中心導(dǎo)出管，在此兩端同時進(jìn)流體，同時出流體的實施例，它的每一端電控閥都接有正負(fù)壓力管，當(dāng)需充壓作功時，兩個電控閥同時打向正壓管，也即高壓管，高壓射流從元件的兩端同時高速射入，在導(dǎo)流管86中心相碰，并從導(dǎo)流管側(cè)壁噴出，避免了射流直沖元件側(cè)壁造成的損壞，并影響其性能的缺點。作功完畢恢復(fù)時，兩個電控閥同時打向負(fù)壓管，關(guān)閉與正壓管的連接，流體被導(dǎo)出元件。使用兩端同時進(jìn)同時出的模式，增加了單位時間的流量，減少了元件收縮單位距離的時間，使元件反應(yīng)更加靈敏，同時元件內(nèi)腔被設(shè)計成兩邊極細(xì)，中間大，在元件兩端加有填充腔，使元件收縮單位體積所需的流體體積大為縮小，也增加了元件的靈敏度，同時加有填充腔，另一個優(yōu)點是在充壓腔被排空時，人造肌肉還有一定的體積和硬度，多層的柔軟腔壁也會使其增加柔韌性，使其更加象生物肌肉。在充壓該元件的導(dǎo)流管86上的導(dǎo)流孔87，兩端孔徑相對要小，孔也稀，向中心時孔逐間變大，也變密中心位置孔徑最大也量密。88a為雙向電控閥，89a為正壓管，89b為負(fù)壓管，88b為高強(qiáng)度的固定座。
擬人機(jī)器人本實用新型涉及機(jī)器人領(lǐng)域，本使用新型的目的是制造出外觀，視覺，行為特點，都完全象人或動物的機(jī)器人。人類以往制造的機(jī)器人，大多采用固定的形狀的驅(qū)動器及機(jī)械裝置，外表僵硬。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的用高強(qiáng)度的固體材料、制成形狀至少是外部形狀與真正的人一樣的骨髂，制作的材料可以是金屬材料，如鎂、鋰、鋁合金，也可以是工程塑料。碳纖維增強(qiáng)塑料等復(fù)合材料，也可以使用工程陶瓷材料等制成。骨骼在強(qiáng)度許可的情況下被制成空心的，骨骼內(nèi)部和由骨骼構(gòu)成的有堅硬外殼的腔體內(nèi)，包括顱腦腔，胸腔和盆腔內(nèi)，安裝尺寸較大又堅硬，有固定的外形的設(shè)備如微機(jī)，液壓機(jī)，電池電路板，液壓管線，信號線等，在骨骼框架外部附著人造肌肉層，可以是前述的“柔性電控流體徑向伸縮元件”，也可以是僅起模擬作用的假肌肉，在肌肉層外是柔軟的填充層，最外層是人造皮膚層。擬人機(jī)器人的眼睛使用了前述的眼球跟隨立體成像系統(tǒng)的人造眼球。擬人機(jī)器人的電氣控制系統(tǒng)與前述的機(jī)器人的控制系統(tǒng)相同。擬人機(jī)器人體內(nèi)使用的各種液體，如滑潤液，充壓液等，最逼真的情況是被染成了象血液一樣的紅色，擬人機(jī)器人的人造肌肉使用的充壓流體，最好使用液體材料。
以下結(jié)合附圖，對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)的說明。
擬人機(jī)器人圖73中，給出了擬人機(jī)器人的人造皮膚結(jié)構(gòu)。95為毛發(fā)層，由高分子材料制成的模擬人或動物的毛發(fā)，90為表層，91為色素層，92為傳感器層，93為強(qiáng)化層，94為體溫模擬層。90可以使用橡膠或聚多肽等柔軟半透明的高分子材料制成，其表面刻有花紋，花紋可以是完全模擬人體或動物各部位的自然紋路，也可以是重新設(shè)計的花紋，如圖8-1即為人體設(shè)計的皮膚表紋。96為凹起，97為溝紋，在這種設(shè)計中，不管凹起和溝紋采用任何形狀，單個凹起的最大寬度為0.5毫米以下，最好在0.2-0.01之間，這樣制成的人造皮膚將會表現(xiàn)出最美的光澤和很好的手感。91色素層，可使用橡膠、聚多肽、塑膠等高分子材料制成，在其內(nèi)根據(jù)模擬的各個人種，各種動物膚色添加色素制成，同時該層使用的材料具有較好的彈性，以模擬出皮膚的彈性和柔軟感。92為傳感器層，其內(nèi)為點陣排列的溫度傳感器和壓力傳感器。93為強(qiáng)化層，由高強(qiáng)度的碳纖維薄膜，尼龍薄膜等材料制成。最下層為溫度模擬層，可以使用網(wǎng)狀排列的電熱絲，或熱液體組成。在本實施例的各功能層之間可以合并，由六層合并成五層，四層甚至一層，即層與層之間不一定要有明顯的界限，但具有上述6種功能層的人造皮膚將模擬出最逼真的擬人機(jī)器人皮膚。
網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程維護(hù)機(jī)器人本實用新型涉及遠(yuǎn)程維修機(jī)器人領(lǐng)域。
人類的知識和技術(shù)經(jīng)過幾千年的積累，由其是近200年的飛速發(fā)展，已到極其浩瀚的程度，人們所制造的各種設(shè)備，建造的各種工程，極其精密復(fù)雜，且很多也都是多學(xué)科交叉綜合而成，任何一個單人個人都難以全部了解掌握，而很多產(chǎn)品更是只有某一方面的專家或設(shè)計人員才能維修掌握。以往的維修或維護(hù)操作，都必須由專家或設(shè)計人員親臨現(xiàn)場才能進(jìn)行，隨著經(jīng)濟(jì)全球化的進(jìn)行，許多產(chǎn)品被銷往全球，其間相隔萬里，給產(chǎn)品的維修維護(hù)和售后維護(hù)工作，帶來了巨大的困難。本實用新型的目的是制造出一種可通過網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)操作指導(dǎo)，甚至直接由專家進(jìn)行遠(yuǎn)程操作維修的機(jī)器人。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，在一個可實現(xiàn)上下左右旋轉(zhuǎn)的云臺上安裝有一臺攝象機(jī)，在攝象機(jī)旁邊安裝有一臺激光發(fā)生器，作為指示器使用，激光發(fā)生器發(fā)出可見的聚束激光，它發(fā)出的可見激光束照射的方向，在攝象機(jī)的視野內(nèi)，最好在攝象機(jī)視野的中心位置。在攝象機(jī)的旁邊還安裝有照明燈，照明燈和激光指示器均與攝象機(jī)一起安裝在云臺上，并可隨云臺上下左右一起旋轉(zhuǎn)，在云臺上還安裝有語言系統(tǒng)，即有麥克和音箱，所有這些系統(tǒng)均連接在現(xiàn)場計算機(jī)上，現(xiàn)場計算機(jī)通過無線和有線因特網(wǎng)，與遠(yuǎn)端高級技術(shù)人員處的計算機(jī)相連接。工作時高級技術(shù)人員不必再親到現(xiàn)場，只需在遠(yuǎn)端計算機(jī)旁，使用遠(yuǎn)程控制軟件，即可看到現(xiàn)場情況，并通過激光指示器，給現(xiàn)場普通技術(shù)人員指出需維修更換的部件，通過語音系統(tǒng)進(jìn)行交流。該系統(tǒng)的計算機(jī)及控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳遞系統(tǒng)與前述其它型式的機(jī)器人均可使用相同的技術(shù)方案。
在前述的通用機(jī)器人頭部所安裝的激光指示器即具有此種功能。前述的通用機(jī)器人即可作為網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程維修機(jī)器人使用。
雙紅外激光眼球跟隨意識按鍵控制系統(tǒng)。
利用前述的“眼球跟隨立體成像及測距系統(tǒng)”中的注意點跟隨系統(tǒng)，還可制成“雙紅外激光眼球跟隨意識按鍵控制系統(tǒng)”。圖9，圖10和圖76以及圖72、圖36分別給出了該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
該系統(tǒng)由1、眼球識別跟蹤系統(tǒng)；2、激光掃描指示系統(tǒng)；3、執(zhí)行激活系統(tǒng)；4、確認(rèn)系統(tǒng)組成。
圖9和圖10中，59為眼球跟蹤攝象機(jī)，109為全反射鏡，在圖9和圖10中的眼球跟隨系統(tǒng)與前述的所有系統(tǒng)均相同，可以使用帶屏幕或不帶屏幕的方式。110為激光發(fā)生及掃描裝置。
圖76給出了激活執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，113為光敏接收器，可以是光敏管、光敏電阻、光電池等光點接受元件，其作用是感知激光掃描裝置發(fā)射的調(diào)制激光束。116為接收識別電路，用于識別光敏元件接收到的調(diào)制激光束所帶有的識別信號，117為執(zhí)行驅(qū)動電路，可以是電控開關(guān)(如繼電器、三極管、可控硅、驅(qū)動模塊等)。114為執(zhí)行指示燈，殼體可為綠色。115為激活指示燈。
圖72給出了激光掃描定位裝置的結(jié)構(gòu)。118為激光發(fā)生及調(diào)制模塊。119為識別調(diào)制信號發(fā)生器。120為掃描偏轉(zhuǎn)鏡。121為俯仰轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置。122為水平轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置。123為透明的球罩，可以使用玻璃、有機(jī)玻璃、陶瓷等透光材料制成。
圖36給出了確認(rèn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。124為大拇指快捷鍵，作為確認(rèn)按鈕，125為其它手指的快捷鍵，均可作為確認(rèn)按鈕。確認(rèn)按鈕只是一個固定位置的確定裝置，可以是手按或腳踩開關(guān)或是語音識別裝置等均可。也可使用通用控制系統(tǒng)中所述的機(jī)械臂中掌形控制器上的快捷鍵。上述系統(tǒng)可與機(jī)器人通用控制系統(tǒng)安裝一起形成綜合控制系統(tǒng)時。
工作原理該系統(tǒng)可與按鈕控制系統(tǒng)或其它的手動控制系統(tǒng)聯(lián)合，或單獨作為獨立的控制系統(tǒng)來使用。將執(zhí)行激活系統(tǒng)按裝在按鈕表面，當(dāng)作為獨立控制系統(tǒng)時，可安裝在任意位置。不論是聯(lián)合使用還是單獨使用，安裝位置最好在操作人員目視所及的地方。
當(dāng)工作時，操作人員盯視按鈕，及單獨的執(zhí)行激活裝置，眼球跟隨系統(tǒng)視別并計算出眼球轉(zhuǎn)動的位置并計算出角度，并由計算機(jī)計算出目視點的位置，并控制激光掃描指示系統(tǒng)將兩束激光交匯在目視點交匯處，也就是執(zhí)行激活裝置的光敏元件處，激光掃描裝置發(fā)出的兩束激光，每束各經(jīng)調(diào)制裝置調(diào)制帶有不同的識別信號，調(diào)制信號可以是模擬信號也可以是數(shù)字信號，每束帶有不同的識別信號，如一束帶有持續(xù)的10101001，另一束帶有10101111也可是頻率不同的模擬識別信號或脈沖。光敏裝置將接收到的信號傳給識別執(zhí)行電路模塊，識別出兩個標(biāo)志視別信號。當(dāng)兩個信號同時被接收到，識別執(zhí)行電路模塊發(fā)出一個執(zhí)行信號給執(zhí)行模塊，點亮激活指示燈。同時執(zhí)行模塊處于準(zhǔn)備狀態(tài)，操作人員看到激活指示燈亮后，按下確認(rèn)快捷鍵按鈕，執(zhí)行模塊接通執(zhí)行開關(guān)，啟動執(zhí)行機(jī)構(gòu)如繼電器、電動機(jī)等。
該系統(tǒng)與傳統(tǒng)按鈕開關(guān)系統(tǒng)的優(yōu)缺點比較該系統(tǒng)幾乎可用于所有需人員進(jìn)行操作的場合。
傳統(tǒng)的按鈕開關(guān)系統(tǒng)如飛機(jī)駕駛倉，大型系統(tǒng)操作臺等往往結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，上面有很多操作開關(guān)及按鍵。操作時，操作人員需伸手接下不同的按鍵，操作速度很慢，在飛機(jī)加速或過載時，操作變得很困難。大型系統(tǒng)的操作臺，人員需來回走動方能夠著不同的按鈕。在前述的機(jī)器人通用操作示教編程系統(tǒng)中，操作人員的雙手帶有傳感器，有時處于示教數(shù)據(jù)控制或遙控狀態(tài)，雙手被占用，操作按鈕非常困難或不可能操作。安裝本系統(tǒng)能非常容易地解決上述問題。操作人員只需看一下按鈕或執(zhí)行激活系統(tǒng)的光敏元件，即可選定要控制的按鈕或系統(tǒng)。并且還可設(shè)定同時掃視選定多個按鈕。在同一個位置按下同一個按鍵，在同一位置即可打開或關(guān)閉該按鈕所控制的系統(tǒng)。使操作變得非常容易輕松和快捷。
在本系統(tǒng)中，也可使用一束激光去激活執(zhí)行激活系統(tǒng)，但一束激光激活只能使用在無反射的環(huán)境中，否則激光在各種物體表面反射將失去方向和控制。容易引起誤操作。所以最好使用兩束以上的激光束，且每一束激光帶有不同的識別碼。只有兩束激光交匯處才能激活系統(tǒng)。激光最好使用較弱對人眼無傷害的紅外激光。激光掃描裝置也可安裝在操作人員頭部或是空間的任何位置，但是它必須和眼球跟隨裝置的位置相對固定或直接采取剛性連接，如相對運(yùn)動則它們的相對位置必須能被探測并獲知。
空間意識流鼠標(biāo)該眼球跟隨系統(tǒng)還可被制成空間意識流鼠標(biāo)。
該實用新型可采用下述四種方式實現(xiàn)1、空間模型坐標(biāo)方式。
2、完全的屏幕及按鈕圖象識別方式，在屏幕貼裝裝或產(chǎn)生識別光帶，在按鈕上安裝識別圖象。
3、激光指示識別方式。
4、頭戴式識別裝置與屏幕固定連接。
1、空間模型坐標(biāo)方式該系統(tǒng)還可以利用空間定位的方式來獲得按鈕和執(zhí)行裝置的激活和控制。并可作為計算機(jī)或其它裝置顯示屏的視線控制鼠標(biāo)(意識流鼠標(biāo))的控制裝置。
該實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的使用一個可獲得眼球空間位置和空間角度的視線探測裝置模塊，如前述通用機(jī)器人控制裝置所述的控制座椅及頭盔。如圖27并在頭盔上安裝視線跟蹤裝置，也就是眼球識別跟蹤裝置。在同一個操作空間內(nèi)，“按鈕操作執(zhí)行激活系統(tǒng)”和計算機(jī)顯示屏及各種儀器顯示屏。就有了固定的位置或固定的眼球轉(zhuǎn)動對應(yīng)角，即眼球(或視線)轉(zhuǎn)動或注視的每一個角度就可對應(yīng)于一個固定的裝置，將按紐操作執(zhí)行激活系統(tǒng)或顯示屏幕的空間位置角度坐標(biāo)值預(yù)先輸入計算機(jī)，即可實現(xiàn)對按鈕執(zhí)行裝置的視別激活和對屏幕上光標(biāo)的控制。
在實際應(yīng)用中可使用如圖14或圖53所示的簡化裝置，在圖14中140為“頭戴式眼球轉(zhuǎn)動檢測裝置”，它仍采用眼球跟隨攝象機(jī)，并經(jīng)圖象比較的方式測出眼球轉(zhuǎn)動的角度和速度，142為固定座，固定在顯示屏上，141為帶有多個轉(zhuǎn)動軸的剛性連桿，它將“頭戴式眼球轉(zhuǎn)動檢測裝置”與固定座連接起來，在141的各個轉(zhuǎn)動軸處均安裝有角度傳感器，以測出軸的位置，143為快捷鍵以及確認(rèn)手柄。
2、完全的屏幕及按鈕圖象識別方式，在屏幕貼裝或產(chǎn)生識別光帶，在按鈕上安裝識別圖象。
該實用新型的目的還可以使用計算機(jī)圖象識別軟件，來進(jìn)行按鈕屏幕的空間坐標(biāo)定位，結(jié)合“眼球轉(zhuǎn)動識別視線跟隨系統(tǒng)”來確認(rèn)按鈕或執(zhí)行控制系統(tǒng)或屏幕的空間坐標(biāo)。圖象識別方式又可采取下述幾種結(jié)構(gòu)1、圖象場景識別攝象機(jī)采用固定按裝方式，即攝象機(jī)固定在操作人員頭部，只隨操作人員頭部轉(zhuǎn)動而不隨眼球轉(zhuǎn)動，該種方式可結(jié)合激光指示盯視點的位置，也可不需要。
2、圖象場景識別攝象機(jī)采用跟隨掃描方式。即圖象場景識別攝象機(jī)采用跟隨眼球掃描方式，也即在圖象場景識別攝象機(jī)的視場中心點也即是雙眼盯視點。
3、在被識別物上加裝特征識別碼，即圖象識別軟件只需識別特征圖象如條碼，而不再需要識別每個元件的具體特征，該方式將有助于大大減少軟件的運(yùn)算量，有利于提高反應(yīng)速度，并降低成本。
4、加有跟隨視線的識別激光光斑，但識別軟件仍需識別屏幕邊緣坐標(biāo)、按鈕或激活裝置。
(1)圖象場景識別攝象機(jī)采用固定按裝方式實施例在該方式中，場景識別攝象機(jī)與眼球識別跟隨裝置采用空間位置固定連接方式，最佳位置如圖45和圖46所示，420為場景攝象機(jī)，固定在兩眼中間位置，其視野與人的視野相同或稍大，最佳安裝位置是在兩眼連線的中心位置，這樣兩眼平視望向前方時的視野中心位置，也即眼球識別跟蹤系統(tǒng)的0坐標(biāo)位置與場景攝象機(jī)的視野中心重合，那么物體對兩眼球空間位置角(即兩眼球所合成的視線)與和場景攝象機(jī)所處的空間位置(既光學(xué)視野中心軸線)相同，大大減少了軟件運(yùn)算量。
它的工作原理如下工作時，場景攝象機(jī)拍下操作人員的視野內(nèi)的物體圖象，并回傳給圖象識別計算機(jī)，由圖象識別計算機(jī)識別出各物體，如“操作激活裝置”的光敏元件所處的位置圖象，帶有操作激活裝置的按鈕圖象、顯示屏等。如為顯示屏則需識別出邊框即顯示掃描線的起始位置空間坐標(biāo)。由眼球跟蹤識別裝置獲得操作人員兩眼盯視點的空間坐標(biāo)，將此坐標(biāo)值與上述目標(biāo)物體位置坐標(biāo)比較，即可得出操作人員盯視的是何物體，或盯視的是屏幕的什么位置。
技術(shù)綜述該方案采用了固定的攝象機(jī)拍攝場景，并由圖象識別計算機(jī)視別出物體的包括何種物體、空間位置坐標(biāo)，然后與眼球跟蹤視別系統(tǒng)得出的操作人員空間盯視點的位置坐標(biāo)比較，即可得出操作人員在盯視什么物體，或是屏幕的什么位置，結(jié)合前述的操作系統(tǒng)從而達(dá)到激活按鈕操作系統(tǒng)或激活執(zhí)行機(jī)構(gòu)，或是操縱屏幕鼠標(biāo)的目的。
該方案特點該方案與本實用新型的其它方案相比，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，操作人員配帶物體少，但缺點是其場景物體識別計算機(jī)軟件運(yùn)算量很大。
(2)、圖象場景識別攝象機(jī)采用跟隨掃描方式實施例該方案采用場景攝象機(jī)跟隨操作人員盯視點轉(zhuǎn)動的辦法，在圖45和圖46中的場景攝象機(jī)上加裝一臺可帶動攝象機(jī)左右和上下旋轉(zhuǎn)的云臺。工作時，首先由“眼球跟蹤視別系統(tǒng)”視別出眼球轉(zhuǎn)動的角度和速度，然后傳給控制計算機(jī)，由控制系統(tǒng)控制云臺帶動攝象機(jī)以同樣的速度轉(zhuǎn)動相同的角度，其控制機(jī)構(gòu)與前述的“雙眼球跟隨立體成像系統(tǒng)”的控制方式及結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于“雙眼球跟隨立體成像系統(tǒng)”是控制兩臺場景攝象機(jī)，在此是控制一臺場景攝象機(jī)，實施例中的視線是指兩眼球視線連線的中心線，如圖32所示，在該圖中155為操作人員左眼視線，156為右眼視線，157為兩視線連線的中心線也即合成視線。場景攝象機(jī)可安裝在兩眼視線的連線157上，即合成視線157基點上，也可放在頭部，如圖25和圖26所示。圖25和26中，158為安裝在操作人員頭部的場景攝象機(jī)，421為云臺。
該方式與前述方式工作原理及優(yōu)缺點基本相同，不同之處在于，其場景攝象機(jī)中心點與視線中心點重合，可大大減少軟件復(fù)雜程度和運(yùn)算量。
(3)、(4)采用圖象場景識別攝象機(jī)但在被識別物上加裝特征識別碼及加有跟隨視線的識別激光光斑方式本實施例中，為了增加物體識別的速度，減少軟件的運(yùn)算量，可以在物體上增加特征識別標(biāo)識，它可以是條形圖碼，或是特征的紅外發(fā)光碼。在圖62中給出了一種使用紅外激光管發(fā)射特征識別碼的實施例。在圖62中，161為固定在屏幕四個角上的四個半導(dǎo)體激光發(fā)射管，且發(fā)出的紅外激光具有窄的頻寬，激光經(jīng)過擴(kuò)束呈散射狀向外發(fā)射，即不為束狀，四個發(fā)光管可以是同頻無調(diào)制無特征識別，也可加有特征視別碼，當(dāng)然在此光源也可使用其它的單頻光源。
在實施例(1)中圖45和46中固定在兩眼中心位置處的場景攝象機(jī)前端放置有窄帶濾光片，即只讓紅外激光發(fā)射管的光線透過進(jìn)入場景攝象機(jī)，因為激光發(fā)射管發(fā)出的紅外激光雖然經(jīng)擴(kuò)束，在空間任一點的強(qiáng)度大大低于對人眼造成傷害的闕限值，但在其發(fā)光的很窄的頻段內(nèi)，其強(qiáng)度仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于周圍環(huán)境光的強(qiáng)度。在安裝有窄帶濾光片的場景攝象機(jī)所拍得的圖象中，是一個黑背景上只有四個識別光斑，計算機(jī)只需識別出這四個光點的空間坐標(biāo)，然后與“眼球跟蹤識別系統(tǒng)”識別出的操作人員雙線盯視點的位置進(jìn)行比較，即可得出操作人員在屏幕上盯視點的屏幕坐標(biāo)值，從而達(dá)到本實用新型的目的。
在該實施例中，還可以取消上述的激光發(fā)光器，而在四個發(fā)光點的位置安裝四個條碼視別標(biāo)簽，取消場景攝象機(jī)前的窄帶濾光片，場景攝象機(jī)在識別時只識別四個特征條碼識別標(biāo)簽，也可大大降低軟件的運(yùn)算量。
在上述實施例中，還可以在盯視點上加上激光識別光斑及激光視線跟隨掃描系統(tǒng)，使用前述的“非接觸操作系統(tǒng)”中的“激光視線跟隨掃描系統(tǒng)”即可，這樣在場景攝象機(jī)拍的圖象上將有五個識別點，只需識別并計算出這五個點的位置和相對坐標(biāo)，即可得知盯視點在屏幕上的位置。
3.意識流鼠標(biāo)(激光指示法)本實用新型的目的還可以使用如下方式實現(xiàn)，在操作人員頭上配帶與“雙紅外激光眼球跟隨意識按健控制系統(tǒng)”相同的眼球識別跟蹤系統(tǒng)及激光掃描指示系統(tǒng)，激光可以是單束或雙束，最好為雙束，可以是同頻也可以是不同頻，在要求有高抗干擾環(huán)境下最好采用不同頻。
工作原理利用物質(zhì)吸收激光后產(chǎn)生輻射躍遷，從而將定向的激光轉(zhuǎn)變?yōu)楦鱾€方向的光信號，從而被橫向的探測器感知，從而確知激光光斑也就是視線的位置。
結(jié)構(gòu)在顯示屏前安裝一個激光探測屏，其作用是測出落在顯示屏上跟隨并標(biāo)注操作人員視線點的激光光斑的位置，它可以使用很多方法制成1、透明光敏探測法；2、散射、衍射法；3、輻射躍遷法(輻射躍遷)。
圖49、圖48給出了熒光激發(fā)法的屏的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。126為光敏探測帶，127為導(dǎo)引帶，128為中心探測熒光激發(fā)區(qū)，129為導(dǎo)引棒，130為導(dǎo)引棒外吸收層，131為光敏接收元件，132為乍帶濾光片，128為透明光學(xué)材料制成的薄膜狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)摻有熒光材料或其本身受激后也可發(fā)出熒光，為不影響原屏幕的顯示質(zhì)量，128最好為無色透明的。
激光波長要求最好在熒光物質(zhì)的吸收光帶內(nèi)，理想情況是與吸收峰重合。熒光物質(zhì)的熒光輻射光譜與吸收帶相比，最好情況是不重合，并有明顯的紅移，這樣的優(yōu)點是可有效的減少共振吸收，充分增加熒光的透過率。熒光物質(zhì)在屏內(nèi)的分布可以是均勻分布也可以如圖50\圖22所示的以片狀錯開分布，圖22為屏幕的橫切面圖，錯開分布的優(yōu)點仍是減少吸收，增加透過率。圖50為平面，133為原屏幕上的象素點，431為熒光物質(zhì)點。熒光物質(zhì)的能級結(jié)構(gòu)，理想情況如圖21所示。使用具有上述兩種能級結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，均可獲得非常理想的效率和低的共振吸收率，在選取熒光物質(zhì)時應(yīng)要求其有盡可能短的熒光壽命，這樣當(dāng)激光在屏上高速劃過時，才不會產(chǎn)生光斑拖尾現(xiàn)象。同時可以增加激光調(diào)制識別脈沖的頻率。
圖49和圖48、圖51給出了導(dǎo)引帶的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，129為棒狀的透明光學(xué)材料制成，其橫截面可以是圓形或多邊形，最好是長方形，它也可以是空腔，它的外部是深色或黑色的雜散光吸收層，它一端與探測屏聯(lián)接，另一端與光敏元件連接。它又分為探測激光光斑，所激發(fā)的熒光點的橫向的X軸坐標(biāo)的列探測導(dǎo)領(lǐng)帶，和探測Y軸坐標(biāo)的行探測導(dǎo)引帶。行探測導(dǎo)引帶的光學(xué)軸，應(yīng)與它所探測的一行掃描像素的軸線重合。列探測導(dǎo)引帶的光學(xué)軸，應(yīng)與它所探測的一列像素的連接軸線重合。它的作用是，只讓同一行或同一列的激光，激發(fā)出的熒光點的光線通過，并到達(dá)光敏探測元件。而入射角較大的其它行或列的位置的熒光點的光不能到達(dá)，在射到側(cè)壁上時，均被吸收。導(dǎo)引帶其中的導(dǎo)引棒除了可做成上述的直棒狀，也可做成圖34和圖65所示的彎曲狀，并且制成一個向上彎曲一個向下彎曲交替排列，或者作成一個向上彎曲，一個直棒，一個向下彎曲的三分叉結(jié)構(gòu)?；蛘咧瞥蓛蓚€向上彎曲但彎曲角不同，一個直棒，兩個向下彎曲但彎曲角不同的五分叉或更多分叉結(jié)構(gòu)，甚至直接制成采用光導(dǎo)纖維制成的無限分叉結(jié)構(gòu)，采用多分叉結(jié)構(gòu)比起圖48圖49、圖51所示的直棒結(jié)構(gòu)，對光敏元件寬度要求更小，允許使用更大寬度的光敏元件，從而可有效降低成本和制造難度。無論使用多分叉結(jié)構(gòu)和光導(dǎo)纖維，均需有直線狀的吸收段136和導(dǎo)引段137，導(dǎo)引段彎曲的角度應(yīng)保證沿平行于吸收區(qū)光學(xué)軸方向入射的光線，能在導(dǎo)引段壁發(fā)生反射并到達(dá)光敏元件。最好是小于全反射角。138為光學(xué)介質(zhì)，它與導(dǎo)引段中心區(qū)光學(xué)導(dǎo)引段外包介質(zhì)折射系數(shù)不同，以使光線在交界處反生全反射。
熒光激發(fā)法的工作原理是熒光激發(fā)探測屏被安裝在原顯示屏的前面。并經(jīng)校準(zhǔn)，使熒光激發(fā)探測屏左上角的元點與顯示屏左上角重合，行和列與顯示屏的行和列重合。
工作時，當(dāng)操作人員盯視顯示屏上某一點時，眼球跟隨攝象機(jī)拍下操作人員眼球轉(zhuǎn)動的圖象，并傳給計算機(jī)，由計算機(jī)經(jīng)比較計算出眼球轉(zhuǎn)動的角度和速度，并經(jīng)驅(qū)動模塊驅(qū)動雙激光束隨著視線移動，并同時照射在盯視點上，也就是同時照射在探測屏上，由于激光波長與熒光物質(zhì)吸收光譜相同，從而激發(fā)熒光物質(zhì)輻射出熒光，由于只有與被激光激發(fā)位置的熒光物質(zhì)被激發(fā)發(fā)光，同時激光為聚束激光。因此，視線注視處就為一個熒光點，只有與熒光點同一行和同一列的光敏元件能接收到熒光，因此熒光點也即盯視點或叫視線點，在屏幕上的坐標(biāo)位置即被唯一確定，將此坐標(biāo)值傳給顯示屏所連接的計算機(jī)。在屏幕上產(chǎn)生一個光標(biāo)并隨視線點坐標(biāo)變化而移動，即可實現(xiàn)視線控制鼠標(biāo)的功能。當(dāng)然它也可使用前述“雙紅外激光眼球跟隨意識按健控制系統(tǒng)”所述的確認(rèn)控制系統(tǒng)和快捷健操作裝置。
在前述的導(dǎo)引帶或光敏元件前，為提高抗雜散光干擾能力，還可以加入乍帶濾光片。
濾光片透過峰值與熒光波長相同，即只讓有用的探測熒光透過，而不讓其它的波長的光線透過。當(dāng)然探測屏還可使用散射法來制造，將圖22和圖50中的熒光點換成小的散射顆粒，如空氣泡或小的多面晶粒，直接將雙激光束的激光反射到光敏元件。也可制成探測屏并到達(dá)前述目的。
使用前述的“雙紅外激光眼球跟隨意識按健控制系統(tǒng)”和“眼球跟隨鼠標(biāo)”一起可組成完整的非接觸式控制系統(tǒng)，可完全由視線實現(xiàn)對按鈕或操作系統(tǒng)及屏幕光標(biāo)的方便快捷控制。再結(jié)合前述的“隨動式遙控及示教編程控制系統(tǒng)”即可組成完整的有線、無線包括網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人的綜合控制編程系統(tǒng)平臺。
監(jiān)護(hù)式工作模式本實用新型中所述的各種機(jī)器人，在為適應(yīng)于多任務(wù)、小批量或單次批量的多任務(wù)及隨機(jī)環(huán)境中時。可使用監(jiān)護(hù)式工作模式解決方案，特別是通用機(jī)器人和擬人機(jī)器人。
其基本結(jié)構(gòu)由三部分構(gòu)成1.現(xiàn)場機(jī)器人；2.傳輸系統(tǒng)模塊；3.監(jiān)護(hù)式操控示教編程系統(tǒng)。
1.現(xiàn)場機(jī)器人指結(jié)構(gòu)上帶有執(zhí)行機(jī)構(gòu)如各種機(jī)械臂，帶有可進(jìn)行邏輯程序運(yùn)算的計算機(jī)，帶有可執(zhí)行程序控制的軟件，包括可進(jìn)行智能判斷識別、甚至可擬人思考的人工智能軟件。2.傳輸系統(tǒng)可使用下述幾種方式；<1>最簡單的信號線直接連接方式，如圖5；<2>可使用無線數(shù)傳模塊傳輸方式，如圖18；<3>可使用機(jī)器人端為無線，通過因特網(wǎng)進(jìn)行全球無線傳輸?shù)姆绞?，如圖8；<4>可使用全球衛(wèi)星通訊系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
上述圖中150為現(xiàn)場機(jī)器人，151為有線傳輸模塊，153為現(xiàn)場機(jī)器人端無線傳輸模塊，154為監(jiān)護(hù)操作控制端無線傳輸模塊，433為無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模塊，434為因特網(wǎng)接口模塊，156為因特網(wǎng)，157為監(jiān)護(hù)操作控制系統(tǒng)。
在前述的各種機(jī)器人中，擬人機(jī)器人和通用機(jī)器人最好使用后三種傳輸模式。監(jiān)護(hù)式操作控制系統(tǒng)可使用前述的通用操作平臺。在監(jiān)護(hù)式操作控制模式解決方案中可使用1對1的監(jiān)護(hù)式操作控制模式，也可使用集群分組式監(jiān)護(hù)控制模式。在圖77中給出了該種工作模式的框圖。
在一個區(qū)域內(nèi)的多臺機(jī)器人被分為一組。圖中的六角形即為一個組所包含的區(qū)域，它的范圍取決于應(yīng)急式工作車所能迅速到達(dá)的范圍，如家用機(jī)器人可為寬數(shù)公里的范圍。在圖中，158為機(jī)器人，159為應(yīng)急式操作控制維修車?，F(xiàn)場工作的機(jī)器人帶有兩套無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，一套如圖8所示的，即使用小功率無線數(shù)傳模塊，連接至因特網(wǎng)，通過因特網(wǎng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸連接至監(jiān)護(hù)操作控制中心。圖77中，160范圍內(nèi)即為一個標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)護(hù)操作控制中心，161為指揮調(diào)度中心，其作用是將機(jī)器人的監(jiān)護(hù)操作指派并切換至不同的工作小組。在監(jiān)護(hù)操作控制中心，監(jiān)護(hù)操控人員按其技能特長被分組配制，如家用機(jī)器人的監(jiān)護(hù)操控小組內(nèi)，可按需要編入廚師、園丁、護(hù)士、幼師、翻譯及普通工作人員。在圖77中，162范圍內(nèi)即為一個工作小組，由一名組長對每位組員分配任務(wù)，163即為組長，164為組員，在監(jiān)護(hù)操控中心，監(jiān)護(hù)人員根據(jù)監(jiān)護(hù)操控的不同的機(jī)器人使用不同的操作控制平臺，對于使用單臂或雙臂的非雙足行走的機(jī)器人，可使用前述的通用控制平臺，帶數(shù)據(jù)采集臂。對與象擬人機(jī)器人等雙足行走的機(jī)器人，則需使用帶有雙腿的完整的全身運(yùn)動關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，既象雙足行走裝置使用的數(shù)據(jù)采集反饋服。擬人機(jī)器人還需帶有“雙眼球運(yùn)動跟蹤系統(tǒng)”。所有的監(jiān)護(hù)控制系統(tǒng)機(jī)器人最好帶有“雙眼球立體顯示裝置”及“非接觸式按鍵控制系統(tǒng)”。
監(jiān)護(hù)式工作模式的基本原理如下機(jī)器人本身攜帶有自體計算機(jī)并且?guī)в袛z象機(jī)及各種傳感器，且可安裝各種軟件程序，包括可驅(qū)動機(jī)器人進(jìn)行自主活動的人工智能程序。工作時，當(dāng)機(jī)器人進(jìn)行正常操作，如非人工智能非自主機(jī)器人，進(jìn)行重復(fù)性工作，或人工智能自主機(jī)器人按正常程序運(yùn)行時，機(jī)器人將現(xiàn)場圖象及傳感器信號傳回給監(jiān)護(hù)操作人員，監(jiān)護(hù)操作人員并不干預(yù)，只是監(jiān)視；在集群工作時，一個監(jiān)護(hù)人員可同時監(jiān)護(hù)多臺機(jī)器人，一般由組長負(fù)責(zé)，同時將機(jī)器人程序運(yùn)行的過程，至少是程序運(yùn)行的結(jié)論以可判讀的方式，傳回給監(jiān)護(hù)操作人員，特別對于人工智能自主機(jī)器人更要將機(jī)器人“思考的過程及結(jié)果傳回”，一旦機(jī)器人運(yùn)行程序出現(xiàn)錯誤或所需完成的任務(wù)超出程序的能力，即可由監(jiān)護(hù)操控人員直接控制其完成任務(wù)，該種工作模式很好地解決了多任務(wù)復(fù)雜的環(huán)境的工作，及人工智能程序思考結(jié)果錯誤從而引發(fā)嚴(yán)重后果的問題。該種工作方式使操控機(jī)器人及對機(jī)器人的編程工作都由受過專業(yè)訓(xùn)練的監(jiān)護(hù)工作人員完成，從而對現(xiàn)場操作人員的技能要求降為零。大大方便了現(xiàn)場使用人員。如應(yīng)用于家用時，主人只需以語言，文字，圖形等方式，將機(jī)器人需完成的任務(wù)下達(dá)給監(jiān)護(hù)操控員即可。
權(quán)利要求1.一種生物信息隨動即時示教控制機(jī)器人，其特征在于它由由傳感器組成的生物信息采集控制裝置、信息傳輸裝置、進(jìn)行信息處理程序運(yùn)算的計算機(jī)、現(xiàn)場執(zhí)行裝置組成；其控制連接關(guān)系為，采用傳感器采集人或動物的生物活動信息，傳輸給計算機(jī)，作為來即時控制機(jī)器人的運(yùn)動或者作為示教編程或者運(yùn)動程序編程的框架數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對現(xiàn)場執(zhí)行裝置的的編程控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物信息隨動即時示教控制機(jī)器人，其特征在于在現(xiàn)場執(zhí)行裝置上安裝有傳感器，傳感器和傳輸系統(tǒng)連接，傳輸系統(tǒng)和計算機(jī)連接，計算機(jī)和在操作控制人員處安裝的顯示裝置相連接，前述裝置構(gòu)成了信息反饋系統(tǒng)；其控制連接關(guān)系為，現(xiàn)場傳感器采集的信息經(jīng)傳輸系統(tǒng)傳輸給計算機(jī)，經(jīng)計算機(jī)處理后顯示在操作人員面前的顯示裝置上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物信息隨動即時示教控制機(jī)器人，其特征在于生物信息采集控制裝置由在操作人員左右眼前各安裝有一個反射鏡，對著反射鏡各安裝一個傳感器，操作人員眼球轉(zhuǎn)動的圖象經(jīng)反射鏡傳輸給傳感器，傳感器為采集人眼球轉(zhuǎn)動角度和速度的圖像傳感器組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物信息隨動即時示教機(jī)器人，其特征在于生物信息采集控制裝置由固定在操作人員手臂上的托架、固定帶、在操作人員關(guān)節(jié)處安裝的角度速度傳感器組成；執(zhí)行機(jī)構(gòu)由機(jī)械臂和安裝在機(jī)械臂前端的焊槍組成；角度速度傳感器采集到的操作人員關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的角度和速度信息經(jīng)導(dǎo)線傳輸給計算機(jī)，由計算機(jī)作為來實時控制機(jī)械臂的運(yùn)動或者作為示教編程或者運(yùn)動程序編程的框架數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)械臂的運(yùn)動編程控制；在實時控制模式時，當(dāng)操作人員手臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動一定角度時，現(xiàn)場執(zhí)行裝置機(jī)械臂對應(yīng)關(guān)節(jié)也以相同的速度轉(zhuǎn)動相同的角度；該機(jī)器人的信息反饋系統(tǒng)傳感器為攝象機(jī)，顯示裝置為顯示器，它們構(gòu)成了圖象系統(tǒng)，在現(xiàn)場焊接區(qū)安裝有攝像機(jī)，在攝像機(jī)前端安裝有液晶光閥，在液晶光閥前端安裝有窄帶濾光片，在窄帶濾光片前端安裝有透明保護(hù)片；在操作人員面前安裝有顯示器，在焊機(jī)上加有焊接信號提取裝置，可以是在焊接線和地之間或者是感應(yīng)線圈提取的焊接開始結(jié)束信號，去控制液晶光閥的開閉，攝像機(jī)所攝得的現(xiàn)場焊接圖象通過導(dǎo)線傳給顯示器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物信息隨動即時示教機(jī)器人，其特征在于在機(jī)械臂前端的焊槍上安裝有軟磁性材料及外繞的螺旋導(dǎo)線或硬磁性材料制成的磁場發(fā)生裝置，磁場發(fā)生裝置所產(chǎn)生的磁場與焊弧電流方向平行；作為現(xiàn)場執(zhí)行裝置的機(jī)械臂各個關(guān)節(jié)帶有自鎖裝置，自鎖裝置可以是電磁剎車、電磁離合或使用蝸桿減速傳動裝置或者使用步進(jìn)電機(jī)；在操作人員各關(guān)節(jié)有動作或計算機(jī)發(fā)出運(yùn)動指令式時，自鎖裝置放開，機(jī)械臂執(zhí)行動作，執(zhí)行完畢自鎖裝置鎖定。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物信息隨動即時示教機(jī)器人，其特征在于圖像系統(tǒng)使用了雙眼跟蹤立體視覺系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物信息隨動即時示教機(jī)器人，其特征在于在操作人員眼前各安裝有一個顯示屏，在兩個顯示屏之間安裝有一個隔板，隔板向眼睛方向凸起，隔板在操作人員左右眼之間貼近操作人員面部，在工作現(xiàn)場安裝有兩臺攝像機(jī)，各安裝在一個可左右和俯仰旋轉(zhuǎn)的云臺上，其控制連接關(guān)系為左眼圖像傳感器采集的左眼球轉(zhuǎn)動角度和速度信息經(jīng)計算機(jī)處理后，用于控制左邊云臺進(jìn)行相同速度和相同角度轉(zhuǎn)動，右眼圖像傳感器采集的右眼球轉(zhuǎn)動角度和速度信息，經(jīng)計算機(jī)處理后，用于控制右邊云臺進(jìn)行相同速度和相同角度轉(zhuǎn)動；左邊現(xiàn)場攝像機(jī)采集的現(xiàn)場圖像經(jīng)計算機(jī)處理后，將攝象機(jī)拍得的圖象的中心位置在顯示屏上與攝象機(jī)偏轉(zhuǎn)相同的角度后，顯示在左邊顯示屏上，右邊現(xiàn)場攝像機(jī)采集的現(xiàn)場圖像經(jīng)計算機(jī)處理后，將攝象機(jī)拍得的圖象的中心位置在顯示屏上與攝象機(jī)偏轉(zhuǎn)相同的角度后，顯示在右邊顯示屏上。
8.根據(jù)權(quán)利要3所述的生物信息隨動即時示教機(jī)器人，其特征在于在操作人員兩眼之間安裝有一個圖像采集裝置，該圖像采集裝置的光軸平行于操作人員兩眼望向無限遠(yuǎn)時兩眼的光軸；其現(xiàn)場執(zhí)行裝置為計算機(jī)及安裝在計算機(jī)上的軟件，其控制連接關(guān)系為左眼圖像傳感器采集左眼球相對于操作人員兩眼望向無限遠(yuǎn)時兩眼的光軸所偏轉(zhuǎn)角度信息，右眼圖像傳感器采集右眼球相對于操作人員兩眼望向無限遠(yuǎn)時兩眼的光軸所偏轉(zhuǎn)角度信息，兩眼之間的圖像傳感器采集計算機(jī)顯示屏邊框?qū)Σ僮魅藛T兩眼望向無限遠(yuǎn)時兩眼的光軸所張的角度信息，上述信息被傳輸裝置傳給計算機(jī)，經(jīng)計算機(jī)及軟件處理后，計算出操作人員兩眼視線交點在屏幕上的位置，由軟件生成光標(biāo)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物信息隨動即時示教機(jī)器人，其特征在于在其生物信息采集控制裝置為穿在操作人員身上的測試反饋服，測試反饋服由固定帶、固定架、連接軸和角度傳感器組成，連接軸和角度傳感器安裝在固定架上，固定架和固定帶相連，由固定帶綁扎在操作人員身上，連接軸及角度傳感器和操作人員對應(yīng)關(guān)節(jié)軸同軸安裝；其現(xiàn)場執(zhí)行裝置為穿在操作人員和測試反饋服外的承載防護(hù)外殼，承載防護(hù)外殼由堅硬的材料制成，在與操作人員對應(yīng)關(guān)節(jié)處同軸安裝有轉(zhuǎn)動軸和驅(qū)動裝置；承載防護(hù)外殼與測試反饋服由固定帶相連；其連接關(guān)系為當(dāng)操作人員某一關(guān)節(jié)運(yùn)動時，測試反饋服上與該關(guān)節(jié)相對應(yīng)的傳感器測出運(yùn)動角度和速度信息，傳給計算機(jī)，經(jīng)程序運(yùn)算后，驅(qū)動承載防護(hù)外殼上對應(yīng)關(guān)節(jié)處的驅(qū)動裝置以相同的速度轉(zhuǎn)動相同的角度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物信息隨動即時示教機(jī)器人，其特征在于其生物信息采集控制裝置由編程控制操作轉(zhuǎn)椅、數(shù)據(jù)采集操作反饋控制機(jī)械臂組成；編程控制操作轉(zhuǎn)椅由一個帶有與操作人員頭部左右和俯仰轉(zhuǎn)動軸同軸安裝轉(zhuǎn)軸的頭套，頭套通過俯仰軸固定在托架上，托架下端與坐墊相連，坐墊通過一個與地面垂直的軸與底座相連，在操作人員左右腳下面各有一個舵，分別負(fù)責(zé)左右和進(jìn)退，兩個舵各有一個踏板和一個軸，左右方向舵的軸垂直于操作人員腳底平面；前進(jìn)后退舵的軸平行于腳底平面橫向安裝；在前述的各個軸處均安裝有角度傳感器；所有傳感器均連接至計算機(jī)；計算機(jī)通過無線傳輸模塊與執(zhí)行裝置的計算機(jī)相連；監(jiān)護(hù)裝置由操作控制臺組成，操作控制臺由下述裝置構(gòu)成一個主顯示器左右兩邊各有一個輔助顯示器，通過一個托架，固定在編程控制操作轉(zhuǎn)椅靠背托架上，其執(zhí)行裝置由一個帶有驅(qū)動裝置的小車底盤、安裝在底盤上的計算機(jī)，安裝在計算機(jī)上的無線傳輸模塊，安裝在底盤腰部的轉(zhuǎn)軸，安裝在腰部的轉(zhuǎn)軸上的胸部，安裝在胸部上的機(jī)械臂，安裝在胸部上的云臺，安裝在云臺上的護(hù)罩，安裝在護(hù)罩內(nèi)的攝像機(jī)，安裝在護(hù)罩上的無線傳輸天線組成。
專利摘要一種生物信息隨動即時示教控制機(jī)器人。該實用新型采用傳感器，采集人或動物的生物活動信息，如指端壓力信息、關(guān)節(jié)活動信息、眼球活動信息，來實時控制機(jī)器人的運(yùn)動或者作為示教編程或者運(yùn)動程序編程的框架數(shù)據(jù)，并采用實時控制、示教編程控制、人工智能控制、監(jiān)護(hù)式控制四種復(fù)合控制形式，并支持遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸控制方式，降低拉編程的復(fù)雜性，以簡單的方式解決了機(jī)器人的大批量重復(fù)工作編程控制和單件小批量工作編程控制，并避免了使用完全自主式人工智能程序帶來的程序失控所帶來的風(fēng)險。使機(jī)器人不僅可適用于生產(chǎn)線等大批量重復(fù)性工作，也可適用于特種環(huán)境作業(yè)、強(qiáng)磁場焊接、家用、視線控制鼠標(biāo)、非接觸控制等小批量非重復(fù)性工作。
文檔編號B25J9/22GK2728726SQ200420010518
公開日2005年9月28日 申請日期2004年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月2日
發(fā)明者李朝輝 申請人:李朝輝