[發明專利]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及方法

有效

• 申請號: 202111352020.1
• 申請日: 2021-11-16
• 公開（公告）號: CN114012729B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 李佳鈺;佟建堯;尤波;武江博
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 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所(普通合伙) 11818
• 代理人: 何世常

本發明屬于足式機器人遙操作技術領域。本發明公開了一種應用于六足機器人的交互力估計控制器，解決了六足機器人在沒有力傳感器的情況下，可以對主端機器人與操作者和從端機器人與環境的交互力進行估計。本發明所述的一種應用于六足機器人的交互力估計器，應用于雙主端機器人，單從端機器人的結構系統，提出了基于干擾觀測器的交互力估計器的設計。本發明能夠有效提高從端六足機器人在無力傳感器的情況下的容易出現的問題，并且能在保證系統穩定性的前提下降低成本，提升系統的透明性。

技術領域

本發明屬于足式機器人遙操作技術領域，具體涉及一種應用于六足機器人交互力估計的遙操作控制方法。

背景技術

由于足式步行機器人在更加復雜的場景具有比傳統輪式或履帶式機器人更強的適應能力和通過能力，使得其在災難救援、海空探索、勘探等領域得到了廣泛的運用。但需要認清的是，足式機器人雖然可以取代人類出現在危險的工作環境中，但由于工作現場的復雜程度不可預期，若單純依靠機器人自身的智能控制算法還難以保證機器人自主適應復雜多變工況下的任務需求。為了提高機器人在執行任務過程中的穩定性，需要通過遙操作系統將將人的感知、決策能力融入整個控制系統中，以此改善機器人的運動性能，使其能夠更好的完成所制定的特殊任務。

然而通過對現有六足機器人遙操作控制方法研究發現，遙操作控制方法大多采用單主-單從(SMSS)控制構架對機器人的行進速度進行操控。在教學過程中為了使教學更加順利并且使同學和老師都有身臨其境的感覺，采用多主-單從控制結構進行控制，實現三邊遙操作共享控制。遙操作需要將從端機器人與環境的作用力返還給操作者，實現力的反饋，從而使操作者施加正確的力，為了測量這個力必須要用到力傳感器進行測量，但是力傳感器通常價格較高，并且在有些特殊的環境下也不適合安裝力傳感器，所以為了節約成本和更好的適應環境，設計一個力估計器對作用力進行估計，實現對力傳感器進行代替。如何開發一種應用于足式機器人的力估計控制器對交互力進行準確估計并能提供很好的穩定性和透明性是本發明擬要解決的主要控制技術難題。

發明內容

本發明的目的是提供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及方法，實現兩個主端機器人對從端六足機器人的共享控制，保證在沒有力傳感器測量交互力的情況下，能準確估計交互力，給系統提供良好的穩定性和透明性。

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

步驟1：在三邊遙操作系統結構中權限因子，其目的是通過權限因子實現雙主端之間的信號傳輸和對從端控制的權限進行分配，并根據權限因子的取值對從端的反饋信號進行分解。

步驟2：將本系統的從端機器人動力學方程中的關節角位移量，修改為從端機器人機體的速度量，以動力學方程和干擾觀測器為基礎，實現主從端機器人交互力的估計。

步驟3：估計所得的交互力信息中存在加速度信息，定義一個新的函數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。將估計的交互力帶回到原動力學方程中，設計系統控制律。

本發明的有益效果：

所述的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及方法，通過狀態觀測器設計力估計器，在保證了系統穩定性和透明性的同時，一方面解決了，在有些環境下不能安裝傳感器測量交互力，導致系統跟蹤性的下降；另一方面也解決了傳感器帶來的許多負面效果，降低了設計成本。

附圖說明

圖1是從端六足機器人的構型示意圖；

圖2是地面與從端六足機器人足端的受力示意圖；

圖3是本系統三邊遙操作系統框架圖；

圖4是本系統系統流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式作進一步詳細描述。