一种双人共享双臂机器人遥操作控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双人共享双臂机器人遥操作控制系统，通过建立双手共享操作模型，实现两主手双手与机器人的操作映射，然后通过划分主操作手和辅助操作手，在主操作手在操作过程中区分主要操作臂和配合操作臂，实现对主操作手的操作辅助，同时又可以避免主操作手在操作过程中，配合操作臂发生碰撞和误操作等情况，实现障碍物规避和双手精细遥操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于遥操作领域，具体涉及一种双人共享双臂机器人遥操作控制系统。
技术介绍
目前的多机械臂操作通常是每个操作者对单个机械臂进行单独操作，在操作的过程中需要操作者之间的相互配合，操作效率较低，在受到操作弧端限制的情况下，难以及时的完成具体的操作任务，而通过单个操作者对双臂机器人进行操作，则不需要操作者之间进行交互，并且由于操作指令由单一操作者发出，从而操作更加灵活，也更适合的复杂未知的操作场景，具有较大的应用价值。但是在双臂遥操作过程中，双臂通常需要区分出主操作臂和辅助操作臂，而操作者的注意力主要集中于主操作臂上，难以同时顾及到辅助操作臂的情况，从而有可能导致辅助操作臂与未知环境发生碰撞，基于该问题本专利技术提出一种双人共享双臂机器人遥操作控制系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种双人共享双臂机器人遥操作控制系统。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种双人共享双臂机器人遥操作控制系统，包括以下步骤：1)建立双人双手操作的动力学模型： F h 1 l = F h 1 l * - Z h 1 l V h 1 l F h 1 r = F h 1 r * - Z h 1 r V h 1 r F h 2 l = F h 2 l * - Z h 2 l V h 2 l F h 2 r = F h 2 r * - Z h 2 r 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双人共享双臂机器人遥操作控制系统，其特征在于，包括以下步骤：1)建立双人双手操作的动力学模型：Fh1l=Fh1l*-Zh1lVh1lFh1r=Fh1r*-Zh1rVh1rFh2l=Fh2l*-Zh2lVh2lFh2r=Fh2r*+Zh2rVh2r---(1)]]>其中，和为操作者i对左手控器和右手控器的作用力，和为操作者i的实际控制力，和分别为操作者i的操作阻抗，和别为操作者i左手和右手的速度变量；在任务模型中，建立两操作者双手的动力学模型：Zm1lVh1l=Fh1l+Fcm1lZm1rVh1r=Fh1r+Fcm1rZm2lVh2l=Fh2l+Fcm2lZm2rVh2r=Fh2r+Fcm2r---(2)]]>其中，和分别表示操作者i左操作手和右操作手驱动力的质量模型阻抗，s为拉普拉斯算子，和为操作者i的左手和右手控制力；2)建立从端双臂机器人的动力学模型：在任务模型中，建立从端双臂机器人与环境交互的动力学模型：{Fsl=Fel*+ZeVslFsr=Fer*+ZeVsr---(3)]]>其中，和分别为环境对从端操作臂的作用力，和为环境对从端双臂的实际作用力，Ze表示环境的阻抗，和分别表示从端的操作速度；在任务模型中，建立双臂机器人的动力学模型：ZslVsl=-Fsl+FcslZsrVsr=-Fsr+Fcsr---(4)]]>其中，和分别为从端双臂的控制力，和分别表示从端左机械臂和右机械臂驱动力的质量模型阻抗；3)主端控制器设计利用PD控制器设计两主手的控制力Fcm1l=-Cm1lVh1l+C4m1lVh1dl-C6m1lFh1l+C2m1lFh1dlFcm1r=-Cm1rVh1r+C4m1rVh1dr-C6m1rFh1r+C2m1rFh1drFcm2l=-Cm2lVh2l+C4m2lVh2dl-C6m2lFh2l+C2m2lFh2dlFcm2r=-Cm2rVh2r+C4m2rVh2dr-C6m2rFh2r+C2m2rFh2dr---(5)]]>其中，和表示操作者i两主手PD控制器参数，各参数满足和和和操作者i左手和右手期望操作速度，和操作者i左手和右手期望作用力；4)从端控制器设计利用PD控制器设计两从手的控制力Fsl=-CslVsl+C1lVsdl-C5lFsl+C3lFsdlFsr=-CsrVsr+C1rVsdr-C5rFsr+C3rFsdr---(5)]]>其中，和表示从手双臂PD控制器参数，各参数满足和和和从手左臂和右臂的期望操作速度，和从手左臂和右臂的期望作用力；5)共享控制策略设计共享控制策略通过期望速度和期望作用力实现，各操作者的主操作手只有一个，即左手或者右手，令操作者1的主操作手为右手，操作者2的操作手为左手；Vh1dl=Vsl]]>Vh2dr=Vsr]]>Vh1dr=α1Vh1l+(1-α1)Vsl]]>Vh2dl=(1-α2)Vh1r+α2Vsr]]>Fh1dl=Fsl]]>Fh2dr=Fsr]]>Fh1dr=α1Fh1l+(1-α1)Fsl]]>Fh2dl=(1-α2)Fh1r+α2Fsr]]>Vsdl=α3Vh1l+(1-α3)Vh2l]]>Vsdr=(1-α3)Vh1r+α3Vh2r]]>Fsdl=α3Fh1l+(1-α3)Fh2l]]>Fsdr=(1-α3)Fh1r+α3Fh2r]]>其中，α1、α2和α3分别表示主手1、主手2和从端的共享优势因子，且满足条件αi∈[0,1],i＝1,2,3；通过调节优势因子实现操作者操作训练过程的过渡。...

【技术特征摘要】
1.一种双人共享双臂机器人遥操作控制系统，其特征在于，包括以下步骤：1)建立双人双手操作的动力学模型： F h 1 l = F h 1 l * - Z h 1 l V h 1 l F h 1 r = F h 1 r * - Z h 1 r V h 1 r F h 2 l = F h 2 l * - Z h 2 l V h 2 l F h 2 r = F h 2 r * + Z h 2 r V h 2 r - - - ( 1 ) ]]>其中，和为操作者i对左手控器和右手控器的作用力，和为操作者i的实际控制力，和分别为操作者i的操作阻抗，和别为操作者i左手和右手的速度变量；在任务模型中，建立两操作者双手的动力学模型： Z m 1 l V h 1 l = F h 1 l + F c m 1 l Z m 1 r V h 1 r = F h 1 r + F c m 1 r Z m 2 l V h 2 l = F h 2 l + F c m 2 l Z m 2 r V h 2 r = F h 2 r + F c m 2 r - - - ( 2 ) ]]>其中，和分别表示操作者i左操作手和右操作手驱动力的质量模型阻抗，s为拉普拉斯算子，和为操作者i的左手和右手控制力；2)建立从端双臂机器人的动力学模型：在任务模型中，建立从端双臂机器人与环境交互的动力学模型： { F s l = F e l * + Z e V s l F s r = F e r * + Z e V s r - - - ( 3 ) ]]>其中，和分别为环境对从端操作臂的作用力，和为环境对从端双臂的实际作用力，Ze表示环境的阻抗，和分别表示从端的操作速度；在任务模型中，建立双臂机器人的动力学模型： Z s l V s l = - F s l + F c s l Z s r V s r = - F s r + F c s r - - - ( 4 ) ]]>其中，和分别为从端双臂的控制力，和分别表示从端左机械臂和右机械臂驱动力的质量模型阻抗；3)主端控制器设计利用PD控制器设计两主手的控制力 F c m 1 l = - C m 1 l V h 1 l + C 4 m 1 l V h 1 d l - C 6 m 1 l F h 1 l + C 2 m 1 l F h 1 d l ...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄攀峰，鹿振宇，刘正雄，孟中杰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61