[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 202010445177.8
• 申請日: 2020-05-23
• 公開（公告）號: CN111590537B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉正雄;司繼康;黃攀峰;張帆;馬志強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明涉及一種基于力位反饋的遙操作交互操作方法，將操作者對主手進(jìn)行的位置姿態(tài)操作通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送給從手，從手控制器獲取主手位置信息作為從手位置跟蹤目標(biāo)，從手完成位置跟蹤并將從手與外部環(huán)境力傳送給主手，主手根據(jù)從手反饋的力信息對從手完成力跟蹤。當(dāng)主手收到的反饋力信息大于期望值，且從手末端位置姿態(tài)因外力發(fā)生變化時，通過位置姿態(tài)反饋通道將從手的位姿變化傳送給主手，主手根據(jù)接收的從手位姿信息對從手進(jìn)行位置跟蹤，最終完成從手的力位反饋。通過本發(fā)明提供的方法，可在遙操作過程中對從手進(jìn)行實時力?位置跟蹤，感知從手的觸覺力和因外部環(huán)境力而產(chǎn)生的位置姿態(tài)變化，提高操作沉浸感，降低操作出錯率，提高操作效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于遙操作主從交互控制領(lǐng)域，涉及一種基于力位反饋的遙操作交互操作方法。特別是涉及一種基于力和位置同時反饋的沉浸感和準(zhǔn)確性更高的遙操作交互操作方法。

背景技術(shù)

文獻(xiàn)“水下機(jī)械手不確定遙操作自適應(yīng)雙邊控制，北京航空航天大學(xué)學(xué)報，2018,Vol44(09)，p1918-1925”公開了一種遙操作過程中，針對不確定外部環(huán)境問題的自適應(yīng)雙邊控制方法。該方法基于對主機(jī)械手模型參數(shù)與運動參數(shù)不確定性，設(shè)計了基于名義模型的參考自適應(yīng)阻抗控制，利用自適應(yīng)控制律補(bǔ)償模型不確定性，實現(xiàn)主手上操作者施加力與從手和環(huán)境交互力信號的跟蹤匹配，滿足主從機(jī)械手上力-位置的一致性，實現(xiàn)操作者真實感知從手觸覺力的目的。文獻(xiàn)所述方法包含兩部分內(nèi)容，即從手的自適應(yīng)位置跟蹤和主手的自適應(yīng)力跟蹤，只是滿足了操作者真實感知從手觸覺力，在未知環(huán)境中，從手會出現(xiàn)于外部環(huán)境碰撞等情況，導(dǎo)致從手末端產(chǎn)生震顫，該方法不滿足操作者能真實感知從手因受到外力而產(chǎn)生的震顫等位置變化，不能提供給操作者完整的交互沉浸感。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種基于力位反饋的遙操作交互操作方法，解決傳統(tǒng)雙邊控制等交互控制策略只是實現(xiàn)從手對主手的位置跟蹤，主手對從手的力跟蹤，不能實現(xiàn)從手在外部環(huán)境力的作用下產(chǎn)生位置變化時，主手對從手的位置跟蹤，缺乏交互沉浸感的問題。

技術(shù)方案

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?jǐn)?shù)據(jù)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(tài)信息將與前一時刻位姿信息作差得到主手進(jìn)動量P；

將主手進(jìn)動量ΔP按ΔP₀＝k*ΔP映射為機(jī)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(shù)；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(tài)角的增量；

步驟2：從手末端當(dāng)前期望的位置姿態(tài)P通過主手的位置姿態(tài)進(jìn)動量ΔP₀和從手末端初始位置姿態(tài)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(tài)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；

由期望位姿控制從手運動實現(xiàn)從手對主手的位置跟蹤，同時開啟從手到主手的力反饋和位置反饋兩個通道。