[發(fā)明專利]利用虛擬現(xiàn)實(shí)手柄確定機(jī)器人軌跡的規(guī)劃方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710515072.3
• 申請(qǐng)日: 2017-06-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107214702B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王碩;張少林;景奉水;王宇;譚民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 11482 北京瀚仁知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 郭文浩;王世超

本發(fā)明涉及一種利用虛擬現(xiàn)實(shí)手柄確定機(jī)器人軌跡的規(guī)劃方法及系統(tǒng)，所述規(guī)劃方法包括：在第一個(gè)采樣周期內(nèi)，獲取虛擬現(xiàn)實(shí)手柄的初始手柄位姿和機(jī)器人的初始位姿，并獲取所述虛擬現(xiàn)實(shí)手柄的當(dāng)前手柄位姿；對(duì)所述初始手柄位姿和當(dāng)前手柄位姿進(jìn)行預(yù)處理得到虛擬現(xiàn)實(shí)手柄的位姿增量，并轉(zhuǎn)換為機(jī)器人的位姿增量；根據(jù)所述機(jī)器人的初始位姿及位姿增量確定機(jī)器人的目標(biāo)位姿；將表征所述機(jī)器人的目標(biāo)位姿的離散點(diǎn)連成折線，在任意相鄰的兩條折線之間插入過(guò)渡段軌跡進(jìn)行平滑處理，得到平滑曲線，其中，所述平滑曲線包括位置曲線和姿態(tài)曲線；對(duì)所述平滑曲線進(jìn)行位姿插補(bǔ)，得到離散的插補(bǔ)點(diǎn)，根據(jù)所述插補(bǔ)點(diǎn)可快速準(zhǔn)確的確定機(jī)器人的運(yùn)行軌跡。

技術(shù)領(lǐng)域

遙操作機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用虛擬現(xiàn)實(shí)手柄確定機(jī)器人軌跡的規(guī)劃方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

遙操作機(jī)器人技術(shù)能夠通過(guò)遠(yuǎn)程操作機(jī)器人動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)在特定環(huán)境中的作業(yè)任務(wù)。該技術(shù)常應(yīng)用于較難現(xiàn)場(chǎng)人工操作的環(huán)境，如太空作業(yè)、水下作業(yè)、原子能操作任務(wù)、軍事領(lǐng)域、遠(yuǎn)程應(yīng)用、醫(yī)療等情況。通過(guò)人工遠(yuǎn)程操作，產(chǎn)生指令信息，轉(zhuǎn)變成控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理后，發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)具體操作任務(wù)。由于操作設(shè)備的特定屬性，常常需要經(jīng)過(guò)一定的處理和轉(zhuǎn)換后，變成機(jī)器人適應(yīng)的指令，然后產(chǎn)生具體動(dòng)作。

虛擬現(xiàn)實(shí)手柄是一種手持式三維空間位姿捕獲設(shè)備，能夠快速準(zhǔn)確的捕獲當(dāng)前位姿，適合用于主從式的機(jī)器人遙操作。但是，操作虛擬現(xiàn)實(shí)手柄時(shí)，不可避免的會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)、速度或加速度超過(guò)機(jī)器人允許的最大值、位置超出機(jī)器人工作范圍、難以實(shí)現(xiàn)精確的細(xì)微操作、需要產(chǎn)生一定的位姿偏移等問(wèn)題。因此，需要對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)手柄的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)過(guò)平滑和插補(bǔ)之后，轉(zhuǎn)換成機(jī)器人適應(yīng)的指令信息。

目前的遙操作信號(hào)處理，大多針對(duì)延時(shí)處理、臨場(chǎng)感的構(gòu)建、通信和信息處理、任務(wù)理解與智能規(guī)劃等方面，比較少有關(guān)于操作再現(xiàn)的實(shí)時(shí)性和平滑性的研究。但是，在一些遙操作任務(wù)中，對(duì)實(shí)時(shí)性和平滑性具有較高的要求，如通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)手柄操作機(jī)器人接打乒乓球、抓取運(yùn)動(dòng)的物體、多機(jī)器人協(xié)同作業(yè)等。NURBS(Non-Uniform Rational B-Splines，非均勻有理B樣條曲線)曲線可以用于擬合跟蹤離散點(diǎn)軌跡，并可以通過(guò)參數(shù)設(shè)置擬合誤差范圍，但是需要多個(gè)采樣點(diǎn)才能擬合一次，且擬合過(guò)程計(jì)算量較大，不能夠同時(shí)保證實(shí)時(shí)性和平滑性。因此，亟需一種從虛擬現(xiàn)實(shí)手柄到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)之間的快速變換方法，使機(jī)器人能夠在允許的運(yùn)動(dòng)學(xué)范圍內(nèi)，盡快跟隨手柄的指令信息，同時(shí)避免抖動(dòng)和軌跡曲折等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，即為了解決從虛擬現(xiàn)實(shí)手柄到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)之間的快速變換方法，使機(jī)器人能夠在允許的運(yùn)動(dòng)學(xué)范圍內(nèi)，盡快跟隨手柄的指令信息，同時(shí)避免抖動(dòng)和軌跡曲折的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種利用虛擬現(xiàn)實(shí)手柄確定機(jī)器人軌跡的規(guī)劃方法及系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種利用虛擬現(xiàn)實(shí)手柄確定機(jī)器人軌跡的規(guī)劃方法，所述規(guī)劃方法包括：

在第一個(gè)采樣周期內(nèi)，獲取虛擬現(xiàn)實(shí)手柄的初始手柄位姿和機(jī)器人的初始位姿，并獲取所述虛擬現(xiàn)實(shí)手柄的當(dāng)前手柄位姿；

對(duì)所述初始手柄位姿和當(dāng)前手柄位姿進(jìn)行預(yù)處理得到虛擬現(xiàn)實(shí)手柄的位姿增量，并變換為機(jī)器人的位姿增量；

根據(jù)所述機(jī)器人的初始位姿及位姿增量確定機(jī)器人的目標(biāo)位姿；

將表征所述機(jī)器人的目標(biāo)位姿的離散點(diǎn)連成折線，在任意相鄰的兩條折線之間插入過(guò)渡段軌跡進(jìn)行平滑處理，得到平滑曲線，其中，所述平滑曲線包括位置曲線和姿態(tài)曲線；

對(duì)所述平滑曲線進(jìn)行位姿插補(bǔ)，得到離散的插補(bǔ)點(diǎn)，所述插補(bǔ)點(diǎn)的連線為所述機(jī)器人的運(yùn)行軌跡。

可選的，所述規(guī)劃方法還包括：

根據(jù)所述插補(bǔ)點(diǎn)進(jìn)行逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算，確定關(guān)節(jié)控制指令，以控制機(jī)器人按照所述運(yùn)行軌跡運(yùn)動(dòng)。