[發明專利]一種速度型虛擬力反饋動態輔助的空間遙操作方法

無效

• 申請號: 201310019416.3
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN103207566A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 黃攀峰;丁炳源;劉正雄;孟中杰
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種速度型虛擬力反饋動態輔助的空間遙操作方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、構造空間機器人和空間操作環境作為仿真環境：

根據表1中所示的D-H參數，基于C++利用三維圖形接口軟件OSG，構造一個6自由度空間機器人圖形模型；

基于C++利用三維圖形接口軟件OSG，構造一個邊長為1000mm的正方形作為衛星本體、一對太陽能帆板，作為空間機器人的空間操作環境；

表1

iα_i-1a_i-1d_i-1θ_i100177902-900090309850049000905-900-76506900007003820

表中，i由1到7分別表示空間機器人基座、連桿1到連桿6；α表示連桿的旋轉角；a表示相鄰兩個關節軸的公垂線長度；d表示兩個相鄰的連桿公共關節軸線之間的距離；θ表示兩個相鄰連桿公共軸線旋轉的夾角；

步驟2：在空間機器人末端，構造一個速度型虛擬力反饋區域的球體，球體半徑r＝r₀+||V_EE||·T_d，其中，T_d為天地間的單向時延；V_EE為操作對象末端的速度矢量；r₀為速度型虛擬力反饋區域的固定部分半徑，包絡操作對象末端；

步驟3：將速度型虛擬力反饋添加到仿真環境中，使用基于觸點代理的方向包圍盒層次碰撞檢測算法OBB進行碰撞檢測，檢測空間機器人末端的速度型虛擬力反饋區域，在（T+T_d）時刻操作對象末端運動狀態是否與空間環境發生碰撞，并按照以下力場規則，實時生成碰撞力，應用到遙操作控制算法中，生成相應控制力信息；

所述速度型虛擬力反饋產生的碰撞力為：

ΔP-1=1ΔPx1ΔPy1ΔPzT]]>

式中，ΔP∈R^1×3表示當前碰撞點與虛擬力反饋球心的距離向量；k_v為碰撞力的速度系數；k_s為碰撞力的位置系數；V_{EE_r}表示遙操作對象末端與目標之間的相對速度；D_C為碰撞力方向的單位向量；D_v為當前時刻力反饋區域隨操作末端運動方向的單位向量；

步驟4：將產生的碰撞力應用于遙操作的雙邊位置速度PD控制算法中，計算公式為：

F＝F_g+F_bc+F_fc

其中，F表示主手的期望剛度力信息，F_bc＝k_bc·ΔX+b_bc·ΔV，F_fc＝δ·(k_v·V_{EE_r}+k_s·ΔP_-1)，F_g為重力補償，k_bc表示雙邊力F_bc的位置系數；b_bc表示雙邊力F_bc的速度阻尼系數；ΔX、ΔV分別為當前時刻主手和從手位置、速度之間的運動差異；