[發(fā)明專利]一種融合交互力估計算法的足式移動機器人三邊遙操作系統(tǒng)及方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202111352020.1 | 申請日： | 2021-11-16 |
| 公開（公告）號： | CN114012729B | 公開（公告）日： | 2023-06-06 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 李佳鈺;佟建堯;尤波;武江博 | 申請（專利權(quán)）人： | 哈爾濱理工大學(xué) |
| 主分類號： | B25J9/16 | 分類號： | B25J9/16 |
| 代理公司： | 北京圣州專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11818 | 代理人： | 何世常 |
| 地址： | 150080 黑龍*** | 國省代碼： | 黑龍江;23 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 融合 交互 估計 算法 移動 機器人 三邊 操作系統(tǒng) 方法 | ||
1.一種融合交互力估計算法的足式移動機器人三邊遙操作方法，其特征在于，足式移動機器人三邊遙操作方法采用雙主端機器人單從端機器人的三邊遙操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，三邊遙操作系統(tǒng)包括：兩個主端機器人和一個從端機器人，權(quán)限因子動態(tài)調(diào)節(jié)器，交互力估計控制器，力估計共享控制器；
主端機器人為兩個觸覺力反饋設(shè)備，用來實現(xiàn)操作者對從端機器人的控制，從端機器人為一個六足機器人；
權(quán)限因子動態(tài)調(diào)節(jié)器包括：通過權(quán)限因子實現(xiàn)雙主端機器人之間的信號傳輸和對從端機器人控制的權(quán)限進行分配，并根據(jù)權(quán)限因子的值對從端機器人的反饋信號進行分解；
交互力估計控制器包括：基于非線性干擾觀測器對主從端機器人的交互力進行估計并對交互力中存在加速度的問題進行改進；
力估計共享控制器包括：將權(quán)限因子動態(tài)調(diào)節(jié)器及交互力估計控制器相結(jié)合，設(shè)計一個力估計共享控制器，設(shè)計系統(tǒng)控制律；
三邊遙操作系統(tǒng)的控制流程包括：兩個主端機器人向從端機器人發(fā)送控制信息，權(quán)限因子動態(tài)調(diào)節(jié)器對收到的控制信息進行權(quán)限分配處理，處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇换チ烙嬁刂破髦校换チ烙嬁刂破鲗χ鞫藱C器人與操作者和從端機器人與環(huán)境端的交互力進行實時的估計，通過交互力估計控制器估計得到的主從端機器人交互力傳輸?shù)阶詈蟮目刂破鳟?dāng)中，實現(xiàn)兩個主端機器人對一個從端六足機器人的穩(wěn)定控制；
操作方法包括以下步驟：
步驟1：在三邊遙操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中加入權(quán)限因子δ，其目的是通過權(quán)限因子實現(xiàn)雙主端機器人之間的信號傳輸和對從端機器人控制的權(quán)限進行分配，并根據(jù)權(quán)限因子的取值對從端機器人的反饋信號進行分解；
權(quán)限因子δ的取值范圍為0～1，為了確保權(quán)限因子從0～1的轉(zhuǎn)換更加平滑，使用一個sin函數(shù)作為過渡的狀態(tài)，權(quán)限因子的選擇由兩個主端機器人的速度跟蹤誤差來確定，權(quán)限因子的選擇表述為：
其中，當(dāng)?shù)谝恢鞫藱C器人與從端機器人的跟蹤誤差，與第二主端機器人與從端機器人兩者的跟蹤誤差之比小于給定的值Ve1時，從端機器人由第一主端機器人控制，當(dāng)兩者誤差跟蹤之比在Ve1和Ve2之間時由兩個主端機器人協(xié)同控制，當(dāng)兩者誤差跟蹤大于Ve2時由第二主端機器人控制；
步驟2：將三邊遙操作系統(tǒng)的從端機器人動力學(xué)方程中的關(guān)節(jié)角位移量q，修改為從端機器人機體的速度v，以動力學(xué)方程和非線性干擾觀測器為基礎(chǔ)，設(shè)計主從端機器人交互力估計控制器；具體包括：
對三邊遙操作系統(tǒng)的主從端機器人進行動力學(xué)建模，考慮系統(tǒng)原因?qū)亩藱C器人動力學(xué)方程進行調(diào)整，將關(guān)節(jié)角位移量修改為從端機器人機體的速度量，修正后從端機器人動力學(xué)方程為：
在三邊遙操作系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)中加入基于干擾觀測器的主從端機器人交互力控制器，對主端機器人與操作者，從端機器人與環(huán)境端的交互力進行估計，主端機器人與操作者，從端機器人與環(huán)境的交互力估計為：
其中分別為第一主端機器人與操作者、第二主端機器人與操作者、從端機器人與環(huán)境交互力的估計，分別是觀測器增益矩陣；
步驟3：估計所得的交互力信息中存在加速度信息，所以定義一個新的函數(shù)Z用于去除對加速度的測量或計算，并且得到新的主從端機器人交互力的估計力，通過新的交互力的估計力重新設(shè)計系統(tǒng)控制律；
主端機器人的交互力估計控制器為：
從端機器人的交互力估計控制器為：
其中，p(v)可以通過其增益矩陣獲得，
將上述所設(shè)計的權(quán)限因子δ和交互力的估計值分別帶回到原動力學(xué)方程中，設(shè)計足式移動機器人三邊遙操作系統(tǒng)的控制律為：
其中，km，ks，C2，C3為對角正定常數(shù)矩陣，Ym1,Ym2,Ys為動力學(xué)方程的回歸矩陣，為動力學(xué)方程未知參數(shù)向量的估計值；控制律中第一項為反饋控制律，包括主端機器人的位置跟蹤和速度跟蹤誤差，從端機器人機體的速度跟蹤誤差，第二項為動力學(xué)參數(shù)不確定項的補償，第三項為主端機器人與從端機器人之間的力跟蹤，第四項為估計力用于抵消主端機器人與操作者之間或者環(huán)境與從端機器人之間的作用力。
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