(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111531837.5 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 上海宇航系统工程研究所 地址 201109 上海市闵行区元江路38 88号 申请人 南京航空航天大 学 (72)发明人 张文奇　谷程鹏　韩亮亮　杨健　 杨永常　朱天持　卓新　陈超云　 张得礼　王志国　张宇　 (74)专利代理 机构 上海航天局专利中心 31 107 专利代理师 唐敏 (51)Int.Cl. G06F 3/01(2006.01) G06F 9/451(2018.01) G06F 30/20(2020.01) G06T 17/00(2006.01)B63C 11/52(2006.01) (54)发明名称 一种水下电动机械臂人机交互控制集成系 统 (57)摘要 本发明提供了一种水下电动机械臂人机交 互控制集成系统， 其特征在于， 其按功能模块划 分， 包括人机交互控制模块和机械臂运动控制模 块， 所述人机交互控制模块负责人机交互功能， 包括主端控制子模块、 任务规划子模块、 场景仿 真子模块和安全监控子模块， 所述机械臂运动控 制模块包括机械臂伺服控制模块和运动控制硬 件， 所述机械臂伺服控制模块负责机械臂的运动 控制实施， 包括运动接口程序， 运动规划系统， 以 及运动学计算， 所述运动控制硬件包括机械臂本 体和传感器。 本发明完善了水下电动机械臂功 能， 降低水下电动机械臂的控制难度， 实现水下 电动机械臂与航天员的训练配合。 该系统具有易 操作、 高安全性、 高可靠性的优点， 具有很高的应 用价值。 权利要求书2页 说明书7页 附图8页 CN 114791763 A 2022.07.26 CN 114791763 A 1.一种水下电动机械臂人机交互控制集成系统， 其特征在于， 其按功能模块划分， 包括 人机交互控制模块和机械臂运动控制模块， 所述人机交互控制模块负责人机交互功 能， 包 括主端控制子模块、 任务规划子模块、 场景仿 真子模块和安全监控子模块， 所述机械臂 运动 控制模块包括机 械臂伺服控制模块和运动控制硬件， 所述的主端控制子模块负责机械臂 的位置控制、 指令的输入功能； 所述的任务规划子 模块负责预编程中任务的创建、 编辑和执行； 所述的虚拟场景仿真模块负责显示虚拟3D机 械臂水下工作环境， 对运动控制指令进行仿真分析， 并能与实际机械臂本体实时匹配相应 的位置及动作； 所述的安全监控子模块负责安装在机械臂上 的相机实时数据显示， 机械臂 关节的连接状态、 使 能状态、 位置的数据显示， 漏水、 碰撞、 绝缘、 接地检测的安全状态反馈 及水下相关设备的管理工作， 所述机械臂伺服控制模块负责机械臂 的运动控制 实施， 包括运动接口程序， 运动规划 系统， 以及运动学计算， 所述 运动控制硬件 包括机械臂本体和传感器。 2.根据权利要求1所述的水下电动机械臂人机交互控制集成系统， 其特征在于， 所述人 机交互控制模块与机 械臂运动控制模块选用EtherCAT通信接口。 3.根据权利要求1所述的水下电动机械臂人机交互控制集成系统， 其特征在于， 其进一 步包括人机交互界面， 使用者在所述人机交互界面上输入控制参数， 通过点击各个功能按 钮， 实现参数设置、 模型仿真及运动控制。 4.根据权利要求1所述的水下电动机械臂人机交互控制集成系统， 其特征在于， 其进一 步包括人机交互控制操作台， 所述人机交互控制操作台包括显示屏、 控制操作台、 平动手控 器、 转动手控器、 电柜电源指示灯、 操作台电源指示灯、 急停按 钮、 屏幕切换器。 5.根据权利要求4所述的水下电动机械臂人机交互控制集成系统， 其特征在于， 所述人 机交互控制操作台的人机交互指令操作按键都有二次确认功能， 对各参数值都有限值保 护。 6.根据权利要求1所述的水下电动机械臂人机交互控制集成系统， 其特征在于， 所述位 置控制实现机械臂末端从A点到B点自动控制， 包括直线、 圆弧、 自由的轨迹方式， 到达位置 可分为粗调与精调， 在执行前在人机交互界面可进行路径仿真； 所述预编程控制实现预先 控制机械臂末端进行相 应任务的轨迹规划， 使用者沿该路径程序自动执行； 手控模式实现 末端手柄 控制， 包括 三自由度平动和三自由度转动。 7.根据权利要求1所述的水下电动机械臂人机交互控制集成系统， 其特征在于， 主端控 制子模块的控制界面分为三级， 一级为用户使用界面， 二级为标定 设置界面， 三级为专 业维 护界面， 分别设置不同的管理权限， 分配给不同权限的操作人员； 主端控制子模块的控制界 面包括笛卡尔空间操作界面、 预编程操作界面、 单关节/多关节界面。 8.根据权利要求7所述的水下电动机械臂人机交互控制集成系统， 其特征在于， 所述笛 卡尔空间操作界面为主界面， 当系统开机时自动进入该界面， 具有用户使用的笛卡尔空间、 预编程设置和手柄链接按 钮。 9.根据权利要求7所述的水下电动机械臂人机交互控制集成系统， 其特征在于， 所述预 编程操作界面实现仿真模式和实物模式切换， 并高亮显示选择的模式， 设定速度与加速度 百分比， 并对速度大小进 行设定， 点击预编程模式界面下的预编程流程新建， 进入预编程流 程新建下的新界面。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114791763 A 210.根据权利要求7所述的水下电动机械臂人机交互控制集成系统， 其特征在于， 所述 单关节/多关节界面下实现对机械臂单关节的控制， 调节右下角的速度大小， 在角度框下输 入数值， 实现机 械臂对应关节的运动。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114791763 A 3