[發明專利]一種基于力位反饋的遙操作交互操作方法

有效

• 申請號: 202010445177.8
• 申請日: 2020-05-23
• 公開（公告）號: CN111590537B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 劉正雄;司繼康;黃攀峰;張帆;馬志強
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B25J3/00
• 分類號: B25J3/00;B25J9/16
• 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

1.一種基于力位反饋的遙操作交互操作方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、主手數據采集：在運動過程中，主手等時間間隔采集手控器的實時位置姿態信息將與前一時刻位姿信息作差得到主手進動量ΔP；

將主手進動量ΔP按ΔP₀＝k*ΔP映射為機械臂末端的運動指令ΔP₀

ΔP₀＝k*ΔP＝[Δx Δy Δz Δα Δθ Δγ]

其中：k為操作比例系數；Δx、Δy、Δz分別為主手末端在X軸、Y軸和Z軸三個方向的位置增量；Δα、Δθ、Δγ分別為主手末端繞X軸、Y軸和Z軸姿態角的增量；

步驟2：從手末端當前期望的位置姿態P通過主手的位置姿態進動量ΔP₀和從手末端初始位置姿態P₀得到：

P＝P₀+ΔP₀＝[x y z α θ γ]

其中：x、y、z分別為從手末端在X軸、Y軸和Z軸三個方向的期望位置；α、θ、γ分別為從手末端繞X軸、Y軸和Z軸的期望姿態角；p_x、p_y、p_z即為從手末端位置x、y、z，a為接近矢量，o為方位矢量，n為法向矢量，由右手定則確定；

步驟3：由從手末端力傳感器測得從手末端所受外部環境力F_s，并測得從手末端與外部環境作用后的位置姿態P_c，并與期望姿態P作差得到從手末端與外部環境作用后產生的位姿增量ΔP_c；

F_s＝[F_sx F_sy F_sz H_sx H_sy H_sz]

P_c＝[x_c y_c z_c α_c θ_c γ_c]

ΔP_c＝P_c-P＝[Δx_c Δy_c Δz_c Δα_c Δθ_c Δγ_c]

其中：F_sx、F_sy、F_sz、H_sx、H_sy、H_sz分別為從手末端在X、Y、Z三個方向的力和扭矩；x_c、y_c、z_c分別為從手末端在與外部環境作用后X軸、Y軸和Z軸三個方向的位置；α_c、θ_c、γ_c分別為從手末端與外部環境作用后繞X軸、Y軸和Z軸的姿態角；Δx、Δy、Δz、Δα、Δθ、Δγ分別為從手末端與外部環境作用后在X軸、Y軸和Z軸三個方向的位置和姿態角的增量；

步驟4：在主手端設置外部環境作用力的閾值F_k，若F_s＞F_k且ΔP_c＞0，則開啟主手位置反饋控制通道，操作模式由“主從模式”變為“從主模式”，由主手當前位姿和位姿增量ΔP_c計算得到主手在從手位置反饋下的期望位姿P_mc，控制主手在位姿增量ΔP_c的作用下運動，實現主手對從手位置反饋的跟蹤；

其中，x_mc、y_mc、z_mc分別為主手末端在從手位置反饋下X軸、Y軸和Z軸三個方向的期望位置；α_mc、θ_mc、γ_mc分別為主手末端在從手位置反饋下繞X軸、Y軸和Z軸的期望姿態角；在遙操作過程中對從手進行實時力-位置跟蹤，感知從手的觸覺力和因外部環境力而產生的位置姿態變化；通過力位雙通道反饋，實現了主手在接受從手反饋力的同時，接受從手位置反饋并實現主手對從手的位置反饋跟蹤。