[發明專利]混合切換的主從異構型遙操作機器人的工作空間映射方法

有效

• 申請號: 201710199276.0
• 申請日: 2017-03-29
• 公開（公告）號: CN107097203B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 陳正;胡金飛;嚴水峰;姚斌;袁明星
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B25J3/00
• 分類號: B25J3/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種混合切換的主從異構型遙操作機器人的工作空間映射方法，其特征在于：主從兩端在遠離抓取目標的外圍運動范圍時，采用關節空間-關節空間的映射方式；主從兩端在靠近抓取目標的內圍運動范圍時，采用操作空間-操作空間的映射方式；

所述關節空間-關節空間的映射方法具體是：

獲取主端設備的關節角信息，采用以下公式的映射方法得到從端設備對應的關節角：

θ_s＝Kθ_m+θ_bias

其中，θ_m表示主端關節角，為m×1向量，m表示主端設備的自由度數；θ_s表示從端關節角，為n×1向量，n表示從端設備的自由度數；K表示主從關節的比例系數；θ_bias表示偏移量，為n×1向量。

2.根據權利要求1所述的一種混合切換的主從異構型遙操作機器人的工作空間映射方法，其特征在于：主從兩端從外圍運動范圍移動到內圍運動范圍時，采用特定的關節-操作過渡方式將關節空間-關節空間的映射方式切換到操作空間-操作空間的映射方式，主從兩端從內圍運動范圍移動到外圍運動范圍時，采用特定的操作-關節過渡方式將操作空間-操作空間的映射方式切換回到關節空間-關節空間的映射方式，從而完成工作空間映射。

3.根據權利要求2所述的一種混合切換的主從異構型遙操作機器人的工作空間映射方法，其特征在于：所述的關節-操作過渡方式具體為：根據切換時刻主從兩端的末端位姿x_ms和x_ss，采用以下公式計算切換后時刻t下從端的末端位姿x_{sd_t}：

x_{sd_t}＝x_ss+k_cartisian(x_{m_t}-x_ms)

其中，x_{m_t}表示切換后t時刻下主端設備的末端位姿，x_ms表示切換時刻下主端設備的末端位姿，x_ss表示切換時刻下從端設備的末端位姿，k_cartisian為笛卡爾坐標下主從工作空間的比例系數。

4.根據權利要求2所述的一種混合切換的主從異構型遙操作機器人的工作空間映射方法，其特征在于：所述的操作-關節過渡方式具體為：根據切換時刻t₁的主端設備的關節角度θ_ms和從端設備的關節角度和θ_ss，采用以下公式計算切換后時刻t₂下從端設備的關節角度

其中，表示切換后時刻t₂下主端設備的關節角度，t表示時刻，K表示主從關節的比例系數；θ_bias表示偏移量。

5.根據權利要求3所述的一種混合切換的主從異構型遙操作機器人的工作空間映射方法，其特征在于：所述比例系數k_cartisian為一個6*6的對角矩陣，其對角項分別為k的三個對角項和1、1、1，其中的k滿足：

根據主端末端的運動范圍的邊緣位姿和比例系數k代入以下公式計算獲得從端末端的運動范圍的邊緣位姿，比例系數k能使得從端設備的運動范圍能完整覆蓋主端設備的運動范圍：

其中，x_m,y_m,z_m分別表示主端末端在空間x,y,z三方向的運動范圍，x_s,y_s,z_s分別表示從端末端的運動范圍，x_bias,y_bias,z_bias表示從端設備運動范圍和按照比例系數k放大后的主端設備的運動范圍二者原點的偏移量；φ_m,θ_m和是以RPY角表示的主端設備末端的姿態，φ_s,θ_s和是從端設備末端的期望姿態。