东南大学徐宝国获国家专利权
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龙图腾网获悉东南大学申请的专利一种基于操作者表现的安全共享控制系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN117047731B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-14发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202311088292.4,技术领域涉及:B25J3/00;该发明授权一种基于操作者表现的安全共享控制系统是由徐宝国;彭维锋;卢芊芊;宋爱国设计研发完成,并于2023-08-28向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于操作者表现的安全共享控制系统在说明书摘要公布了:本发明公开了一种基于操作者表现的安全共享控制系统,包括主端遥操作系统、从端机械臂系统和通信模块:主端包括操作者的脑电信号测量、手控器操作输入以及上位机软件,上位机包含了人机交互界面、用于保护机器人安全的安全仿真、操作者表现模型;从端包括视觉相机、机械臂以及下位机软件,下位机软件包括目标识别算法、自主控制器、用于动态分配人机权重的共享控制器。本发明通过安全仿真,确认操作者实际作业前的安全控制系数,实现了不同操作经验下的安全控制方法,保护了遥操作机器人的安全作业;长时间作业后,通过测量操作者的脑电信号,实现了基于操作者表现的人机共享控制权重的动态更新,提升了遥操作系统的作业能力。
本发明授权一种基于操作者表现的安全共享控制系统在权利要求书中公布了:1.一种基于操作者表现的安全共享控制系统,其特征在于:包括主端遥操作系统、从端机械臂系统和通信模块; 所述主端遥操作系统包括操作者的脑电信号测量、手控器操作输入以及上位机软件,上位机包含了人机交互界面、用于保护机器人安全的安全仿真、PoT模型; 所述从端机械臂系统包括机械臂、视觉相机以及下位机软件,下位机软件包括目标识别算法、用于生成机器人自主指令的自主控制器、用于动态分配人机控制权重的共享控制器; 所述通信模块,实现主端遥操作系统与从端机械臂系统之间的通信; 主端遥操作系统里所述操作者的脑电信号测量,是采用脑电仪进行脑电信号采集,得到原始脑电信号; 所述手控器操作输入,是采用手控器进行操作输入,得到操作者的操作指令Uh; 所述人机交互界面,包括从端视觉、机器人状态的信息反馈输出,以及开始任务、手动共享自主模式选择、结束任务的交互操作; 所述安全仿真,用于确认操作者实际作业前的安全控制系数Ks,其具体步骤如下: a构建仿真环境,包括具有末端夹具的机械臂、目标物体、目标位置; b执行抓取任务,操作者通过手控器操纵仿真环境中的机械臂将目标物体抓取至目标位置,统计三个操作表现指标:作业时间、路径长度、路径平滑度; c计算安全仿真中的操作者表现PoTSIM,其计算公式: PoTSIM=ΣWiPi 式中,i=1,2,3,Pi为第i个归一化后的操作表现指标,Wi为第i个操作表现指标对应的加权系数; d输出安全控制系数Ks=PoTSIM,Ks∈[0,1]; 所述PoT模型,利用脑电信号,通过反向传播神经网络模型间接实时获取长时间作业时的操作者表现PoTBP,神经网络包括输入层、隐藏层、输出层,操作者的脑电信号作为输入,模型输出PoTBP,其中在模型训练过程中,采用安全仿真中执行抓取任务的数据; 从端机械臂系统里所述机械臂,是代替人类到达无法到达或对人有害的场景中执行任务的从端主体; 所述视觉相机,提供向主端反馈从端作业环境的视觉信息,以及用于机械臂自主控制器的目标识别; 所述目标识别算法,用于识别出空间中3D目标物体并得到其位姿,采用LineMod算法进行识别和定位,该算法的流程分为模板渲染和图像匹配两个阶段;在模板渲染阶段,在多个角度、多个尺度下采集目标物体的RGB-D图像;在图像匹配阶段,通过窗口滑动的方式,将离线训练的模版和测试图像进行相似度度量,从而判断是否检测到目标物体; 所述自主控制器,是根据目标识别结果进行自主路径规划,生成机器人自主指令Ur,采用快速扩展随机树法,该算法将搜索的起点位置作为根节点,然后通过随机采样增加子节点的方式,生成一个随机扩展树,当随机树的子节点进入目标区域,就得到了从起点位置到目标位置的路径; 所述共享控制器,融合操作者的操作指令和机器人的自主指令,得到机器人的最终共享指令Uc,其计算分为安全保护期和长时间作业后两个阶段,安全保护期依据安全仿真的操作表现,长时间作业后基于脑电信号实际作业时的操作表现,其具体步骤如下: 1安全保护期,根据安全仿真的安全控制系数Ks计算得到: Kh=Ks 2长时间作业后,根据PoT模型的操作者表现PoTBP计算得到: 式中,H、L分别为操作者表现的上下阈值; 3输出共享控制指令: Uc=KhUh+1-KhUr,Kh∈[0,1]。
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