[發明專利]面向遙操作手眼協調的交互控制方法

有效

• 申請號: 201811270020.5
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN110355750B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 劉正雄;司繼康;黃攀峰;任瑾力;孟中杰;董剛奇;張夷齋;張帆;鹿振宇;常海濤
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J3/00
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

1.一種面向遙操作手眼協調的交互控制方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一、交互設備數據采集，在手控器運動過程中，等時間間隔采集手控器的實時位置信息P_cⁿ；將采集到的手控器實時位置信息P_cⁿ與前一時刻位姿信息P_c^n-1作差得到手控器進動量ΔP；將進動量ΔP按照ΔP₀＝k*ΔP映射為機械臂末端的初始運動指令ΔP₀，其中，k為操作比例系數；

△P₀＝k*△P (1)

步驟二、結合交互操作坐標系到相機坐標系的轉換矩陣R_x，對初始運動指令ΔP₀進行轉換處理，得到相機坐標系中的運動指令ΔP₁；

△P₁＝△P₀*R_x (2)

步驟三、結合相機坐標系在世界坐標系的位姿矩陣C，對相機坐標系中的運動指令ΔP₁進行轉換處理，得到世界坐標系中的運動指令ΔP₂；

在交互過程中，操作者觀察到的視景由相機在世界坐標系中的位置姿態決定，而相機的位置姿態矩陣取決于三個要素：即相機視線方向、相機中心的位置、相機的正向朝向，這三個要素就能確定相機在世界坐標系中的位置姿態；當觀察視角轉換時，本質是相機在世界坐標系中的位置姿態發生了變化，相機坐標系在世界坐標系中的方向也隨之發生變化；

將步驟二中得到的運動指令從相機坐標系轉換到世界坐標系，需要用到相機矩陣的逆矩陣C^-1；此外，由于手控器進動量矩陣為1x3矩陣，因此需要構建一個1x4的矩陣D；

D＝[△P₁ 0] (4)

△P₂＝DC^-1 (5)

步驟四、將世界坐標系中的運動指令ΔP₂通過運動映射得到機械臂末端的最終運動量ΔP₃，生成整個交互過程的遙操作指令；

將步驟三得到的世界坐標系運動指令ΔP₂展開得到ΔP₂為1x4矩陣，其前三列元素為機械臂末端的最終運動量，通過運動映射取ΔP₂前三列元素生成ΔP₃，簡化表示如下：

△P₃＝[△x △y △z] (6)

其中，Δx、Δy、Δz分別表示機械臂末端在世界坐標系中三個坐標軸方向的運動量，至此，用以實現手眼協調的遙操作指令生成；

步驟五、利用步驟四生成的遙操作指令驅動機械臂運動，實現手眼協調；

機械臂末端的實時位置記為P_jⁿ，下一時刻的位置為P_jⁿ⁺¹，則

通過場景對象實時末端位置驅動場景對象運動，實現遙操作過程的手眼協調。