一种基于位置速度控制的遥操作机器人碰撞预警方法技术
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机器人人机交互及机器人遥操作领域，特别涉及一种基于位置速度控制的遥操作机器人碰撞预警方法。
技术介绍
在危及人身安全的极限环境或危险环境下作业，例地震灾后或核事故现场清理救援、海洋探索、宇宙空间开发和利用等，机器人作为代替人类进行作业的工具，发挥越来越重要的作用，因而遥操作技术得到充分发展与运用。但是，由于受机构、控制、人工智能、传感和材料技术等发展水平的制约，自主作业机器人的开发在短期内无法实现。机器人控制中通常所采用的操作方法是直接控制法，而机器人控制领域的操作性及安全性目前还存在诸多问题：首先，遥操作系统存在着不可避免的延时问题，这极易导致操控不当而带来作业对象的损毁。现有的机器人控制方法中，机器人的位置控制方式属于被动方式，即机器人只是顺应跟随手控器的位置进行作业，操作者并不能主动预测出机器人未来某一时刻的姿态。由于数据传输量以及传输距离等问题，遥操作系统存在着不可避免的延时问题，这将导致作业过程中极易操控不当，造成无法弥补的损失。其次，在远程操作系统中，手控器的种类繁多，通用性差[1-7]。不仅不同领域的手控器结构各不相同，即使同一领域的手控器结构也存在差异。再次，手控器有效活动空间同机器人的活动空间存在差异，这将导致高精度作业不易实现，操作者工作负担增加[8]。当手控器的活动空间范围远远小于机器人的活动范围时，操作者对于手控器的控制精度难以掌握，机器人便难以进行高精度作业。最后，操作者的技能水平和熟练程度极大地影响着机器人作业效率的高低。手控器同机器人在结构、尺寸、有效活动空间范围等方面通常存在很大差异，操作者在操控机器人过程中...
【技术保护点】
一种基于位置速度控制的遥操作机器人碰撞预警方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、基于手控器位置速度控制方法，以手控器的位置信号控制机器人运动；S2、通过手控器的位置信号对遥操作机器人碰撞预警进行建模，构建机器人接近目标对象的预警反力；S3、将S1中操作者的操作力矩与S2中的接触反馈力矩和预警反馈力矩进行融合，对手控器和机器人的运动进行控制，实现机器智能与人类智能共同作用下控制机器人接近目标对象，完成作业过程。
【技术特征摘要】
1.一种基于位置速度控制的遥操作机器人碰撞预警方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、基于手控器位置速度控制方法，以手控器的位置信号控制机器人运动；S2、通过手控器的位置信号对遥操作机器人碰撞预警进行建模，构建机器人接近目标对象的预警反力；S3、将S1中操作者的操作力矩与S2中的接触反馈力矩和预警反馈力矩进行融合，对手控器和机器人的运动进行控制，实现机器智能与人类智能共同作用下控制机器人接近目标对象，完成作业过程。2.根据权利要求1所述的基于位置速度控制的遥操作机器人碰撞预警方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：S1.1、搭建基于摇杆式手控器控制机器人运动的系统控制平台；S1.2、计算机采集人手力及手控器位置信号，传送数据为系统控制手控器的运动做准备；S1.3、通过将手控器视作为积分器，根据公式 q s d t + l + 1 = k m s t s a m Σ n = t t + l q m n + q s t q m n ≠ 0 q s d n + 1 = q s n q m n = 0 ]]>计算手控器期望的机器人关节角控制信号qsd，式中，kms为手控器与机器人关节角比例因子，tsam为系统的采样周期，为n时刻手控器关节角，为t+l+1时刻手控器期望的机器人关节角，kms为手控器按钮修改比例因子；S1.4、为避免积分引起控制量的过饱和及消除积分误差，输入信号为零时，设定为上一采样时刻机器人关节角S1.5、按照公式τm＝JTFm计算在操纵力Fm下手控器的操作力矩τm.S1.6、将手控器的运动简化为质量-阻尼-弹簧系统，手控器动力学模型表示为公式 M m q ·· m + B m q · m + K m q m = k 1 τ m , ]]>式中，Fm为手控器操纵力，J为手控器的雅可比矩阵，Mm、Bm和Km为手控器的惯性系数矩阵，阻尼系数矩阵和弹簧系数矩阵，k1为操作者手动控制的权值系数。3.根据权利要求1所述的基于位置速度控制的遥操作机器人碰撞预警方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：S2.1、根据公式 q s t t = t · k m s q m + q s , ( q m ≠ 0 ) ]]>预测t秒后机器人关节角位置式中，qm、qs为手控器及机器人当前时刻关节角；S2.2、通过立体视觉技术获取作业场景图像数据并实时重构作业对象环境；S2.3、结合环境相机测得的背景环境或障碍物的高度信息，及预测得到的机器人末端执行器位置，求解机器人末端沿速度方向与背景环境的距离d；S2.4、依据公式 F t = k t ( d 0 - d ) v → d < d 0 0 d ≥ d 0 ]]>计算机器人所受的碰撞预警力Ft，式中，kt为比例因子，d0为机器人末端与障碍物间的安全距离，为机器人末端运动速度的单位向量；S2.5、依据公式 τ t τ r = J T RF t ...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄玲涛，倪涛，黄海东，张红彦，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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