[發明專利]一種移動機械臂人機共享控制方法和系統

在審

• 申請號: 202310326739.0
• 申請日: 2023-03-30
• 公開（公告）號: CN116330288A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 姚震球;周興奇;郭浩
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 趙彥

本發明公開了一種移動機械臂人機共享控制方法和系統，包括上位機遙操作系統和下位機控制系統；上位機遙操作系統包括主工控機、與工控機電連接的機械臂主手以及共享控制器；下位機控制系統包括嵌入式工控機、機械臂從手；本發明實現了共享控制權重的動態變化，使模糊控制加入了操作環境限制問題的考量，通過共享控制減少對算法的完全依賴，從而使機械臂在操作環境受限的情況下，依舊能夠完成對應的任務。

技術領域

本發明涉及一種機器人控制方法，尤其涉及一種移動機械臂人機共享控制方法和系統。

背景技術

隨著機器人控制技術不斷發展，機器人智能化水平也在不斷提升。在面對更復雜的工作環境或涉及精細操作的任務時，包含遙控控制和自主控制的傳統控制方式無法滿足對應的任務需求，故在機器人系統中引入人機共享控制，即結合操作者直接控制指令和機器人局部自主控制的方法，以此增強機器人在不同環境下的自適應性。目前的機器人共享控制系統中，一般由操作者對機器人的直接控制、機器人局部的自主控制以及二者相結合的共享控制組成。其中就操作者對機器人的直接控制而言，大多采用手動控制指令，即操作者通過鍵盤、遙感等設備直接控制機器人，但有時會受環境及系統時延的影響；而機器人的自主控制則采用路徑規劃、導航與定位等技術，高度依賴對應算法；共享控制部分則大多采用多模糊規則的機器人控制系統，共享控制方法以模糊控制、神經網絡等方法為典型。

針對機器人(機械臂)的共享控制系統，在現有的共享控制方法中，由于受到自動化水平和傳感器技術的限制，當存在環境限制的情況下，采用模糊控制方案來控制機械臂，任務完成度較低。例如當機器人工作環境發生改變時，受到智能模糊控制算法局限性的限制，共享控制系統的自適應性表現一般。

發明內容

發明目的：針對以上間題，本發明提出一種移動機械臂人機共享控制方法和系統，實現了共享控制權重的動態變化，使模糊控制加入了操作環境限制間題的考量，通過共享控制減少對算法的完全依賴，從而使機械臂在操作環境受限的情況下，依舊能夠完成對應的任務。

技術方案：本發明所采用的技術方案是一種移動機械臂人機共享控制系統，包括上位機遙操作系統和下位機控制系統；

上位機遙操作系統包括主工控機、與工控機電連接的機械臂主手以及共享控制器；下位機控制系統包括嵌入式工控機、機械臂從手；

所述機械臂從手設有傳感器和3D相機，所述傳感器采集第一狀態信息并反饋給嵌入式工控機中的關節變化輸出模塊進行處理，所述關節變化輸出模塊輸出機械臂從手的關節變化量，所述第一狀態信息包括機械臂從手的末端執行器的自由度狀態量；所述3D相機用于采集圖像信息；

所述嵌入式工控機將所述關節變化量和圖像信息傳輸至所述主工控機，所述主工控機處理圖像信息得到機械臂從手與目標物間的距離；所述主工控機中的模糊控制器依據第二狀態信息和模糊控制規則輸出共享控制系數，并發送至共享控制器；所述第二狀態信息包括機械臂從手的關節變化量和機械臂從手與目標物間的距離；

所述工控機向共享控制器發送主從控制指令；所述嵌入式工控機向共享控制器發送自主控制指令；所述共享控制器輸出共享控制指令，并發送至機械臂從手，控制機械臂從手移動；

所述工控機設有人機交互界面。

該系統還包括移動平臺，所述移動平臺用于搭載機械臂從手，帶動機械臂從手到達相應的位置。

所述共享控制器輸出共享控制指令，所述共享控制指令S_c為：

S_c(η)＝(I_o-I_A)η+I_A

其中I_o為主從控制指令，I_A為機器人自主控制指令，η為共享控制系數。