[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

本發明公開了一種面向遙操作手眼協調的交互控制方法，用于解決現有人機交互控制方法實用性差的技術問題。技術方案是基于坐標系的轉換，操作者通過交換設備控制場景對象運動時，首先將場景對象的位姿由世界坐標系轉換到相機坐標系中，然后在相機坐標系中按預期運動加上交互設備的進動量，得到新的相機坐標系位姿坐標，最后將新得到的位姿坐標由相機坐標系轉換到世界坐標系中用以控制場景對象的實際運動。本發明實現了遙操作過程的手眼協調，即交互操作的過程中場景對象的運動不受操作者觀察場景視角變換的影響，與交互設備的運動一致，降低遙操作難度，實用性好。

技術領域

本發明涉及一種人機交互控制方法，特別是涉及一種面向遙操作手眼協調的交互控制方法。

背景技術

文獻“遙操作機器人系統主從控制策略，江蘇科技大學學報(自然科學版)，2013，Vol27(8)，p643-647”公開了一種主從式遙操作機器人系統的控制方法。該方法采用增量式位置控制方式，以主手的增量來控制從手的運動，較有效地避免了初始回原點的繁瑣。當操作操作者直接觀察被操作環境信息時與操作者通過圖像設備觀察被操作環境信息時，主從間位置對應不同，通過調整比例控制增益矩陣，進行主手與實際環境或主手與圖像設備的坐標匹配，建立主端和從端的工作空間映射有較好的視覺臨場感。文獻所述方法只是基于操作者直接觀察環境信息與通過圖像設備觀察環境信息的不同，通過比例控制增益系數簡單建立了主手與實際環境或主手與圖像設備的工作空間映射，而沒有給出當操作者觀察被操作環境信息觀察視角變化時，建立主從端工作空間映射的方法，沒有實現主從端工作空間映射不受觀察視角變化的影響，始終運動一致，適用范圍不廣，操作難度較大。

發明內容

為了克服現有人機交互控制方法實用性差的不足，本發明提供一種面向遙操作手眼協調的交互控制方法。該方法基于坐標系的轉換，操作者通過交換設備控制場景對象運動時，首先將場景對象的位姿由世界坐標系轉換到相機坐標系中，然后在相機坐標系中按預期運動加上交互設備的進動量，得到新的相機坐標系位姿坐標，最后將新得到的位姿坐標由相機坐標系轉換到世界坐標系中用以控制場景對象的實際運動。本發明實現了遙操作過程的手眼協調，即交互操作的過程中場景對象的運動不受操作者觀察場景視角變換的影響，與交互設備的運動一致，降低遙操作難度，實用性好。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種面向遙操作手眼協調的交互控制方法，其特點是包括以下步驟：

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。

ΔP₀＝k*ΔP (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。

ΔP₁＝ΔP₀*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。