【技术实现步骤摘要】
一种提高遥操作机器人透明性和稳定性的方法
本专利技术具体涉及一种提高遥操作机器人透明性和稳定性的方法,主要应用于遥操作任务中环境需要及时得到反馈的情况,能够有效解决环境不能实时得到反馈的问题,并且提高系统的稳定性。
技术介绍
随着人工智能技术的诞生与迅速发展,机器人技术研究的重点转向智能机器人研究领域,人们期望尽快研制出能够取代人完成各种任务的全自主式智能机器人。由于智能机器人技术经过近30多年的大规模研究一直没有达到人们预期的目标,由于受到机构、控制、人工智能和传感技术水平的限制,发展能在未知或复杂环境下工作的全自主式智能机器人是当前乃至今后相当长的时间内难以达到的目标。而且,近年来随着空间探索、深海探索、远程医疗和教育以及核工业的快速发展,严苛的工作环境和条件限制已经不适合人类对机器人进行本地操作,针对未知环境中的机器人,充分利用操作者的智能,采用遥操作方式控制机器人完成操作任务是一种有效的手段。目前遥操作的研究主要集中在研究遥操作过程中操作者的感受,现用的建立环境模型的方法牺牲了从端环境,使整个系统的延时都集中在从端,使得整个系统采集到环境的反馈之后,需要比较大的时延才能够将操作者的真实操作输出到真实环境。这样提高透明性的方法由于从端环境接受指令信号的延迟,对于某些特定的环境造成很不好的影响。本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题:1.现有提高遥操作机器人透明性的方法都没有主要考虑降低从端环境,甚至会牺牲环境侧的透明性;2.现有提高遥操作机器人透明性的方法没有针对特定任务进行优 ...
【技术保护点】
1.一种提高遥操作机器人透明性和稳定性的方法,其特征在于:根据操作者和当前执行的任务进行初步人体行为模型的构建,在主从两端建立相同的人体行为模型,系统采集环境信息直接输入到从端模型并由模型输出主端输出预测值,从端控制器根据主端输出预测值控制机器人与环境进行无通讯时延的交互;在环境参数输出的同时,从端将环境参数通过网络传送给主端并通过主端控制器将环境力反馈给操作者并采集操作者的输出参数与主端输出预测值进行比较,进行人体行为模型的实时更新。/n
【技术特征摘要】
1.一种提高遥操作机器人透明性和稳定性的方法,其特征在于:根据操作者和当前执行的任务进行初步人体行为模型的构建,在主从两端建立相同的人体行为模型,系统采集环境信息直接输入到从端模型并由模型输出主端输出预测值,从端控制器根据主端输出预测值控制机器人与环境进行无通讯时延的交互;在环境参数输出的同时,从端将环境参数通过网络传送给主端并通过主端控制器将环境力反馈给操作者并采集操作者的输出参数与主端输出预测值进行比较,进行人体行为模型的实时更新。
2.根据权利要求1所述的提高遥操作机器人透明性和稳定性的方法,其特征在于:具体操作如下:
首先,建立人体动力学模型和任务模型的初始模型并设置人体动力学模型的初始模型为质点弹簧阻尼模型,任务模型的初始模型为简单的人体的应激反应即在刚性的变化大于设定值的时候人体会下意识停止当前动作;人体动力学的初始模型和任务模型的初始模型结合,构成人体行为的初始模型载入遥操作机器人系统的控制器;主端控制器通过信息采集模块采集操作者手部的位移和速度信息;从端控制器通过采集模块采集的力信息和音视频信息;主从端控制器将采集到的信息通过互联网传输;
其次,在遥操作机器人系统工作过程中,主端控制器将接收到的环境信息载入主端本地模型进行操作者控制信息的预测,并将预测值和此时的操作者的输出信息进行对比获取差值,主端更新控制器通过差值信息对模型进行更新并将更新值传输到从端进行相同的更新保证两端模型一致;在每次任务结束时,保存人体动力学模型和主从端传输的数据;
最后,对于人体动力学模型,在同一个操作者执行任务时,将上一次该操作者任务结束后保存的人体动力学模型作为本次任务中的人体动力学模型的初始模型;对于任务型模型,经过多次同样的任务后,将多次任务结束后保存的主从端传输的数据进行建模,将任务同一阶段相似的主端动作反应记录下来作为下一次任务的任务型模型;在操作者的工作次数和任务的执行次数越来越多,操作者执行任务的人体行为模型将越来越准确。
3.根据权利要求1所述的提高遥操作机器人透明性和稳定性的方法,其特征在于:所述的人体行为模型,人体行为模型由两部分组成,分别是人体动力学模型和任务型模型;不同的任务对应着不同的任务型模型,不同的操作者对应着不同的人体动力学模型;在n号操作者操控遥操作机器人执行m号任务时,n和m分别代表确定的操作者和确定的任务,系统会调出n号操作者的人体动力学模型以及m任务的任务模型构成人体行为模型,在任务的执行过程中进行人体动力学模型的实时更新,在任务执行结束后保存n号操作者人体动力学模型和进行m号任务的任务型模型的更新。
4.根据权利要求3所述的提高遥操作机器人透明性和稳定性的方法,其特征在于:所述的人体动力学模型,在n号操作者在第一次执行任务时,系统会预设一个简单的弹簧-阻尼系统作为人体行为模型,在任务执行的过程中根据环境参数和n号操作者对环境的反应对人体动力学模型进行实时更新优化;在n号操作者非第一次执行...
【专利技术属性】
技术研发人员:钟永彦,朱震,陈娟,董殿永,曹礼勇,刘凯,施可昕,向元柱,
申请(专利权)人:南通大学,
类型:发明
国别省市:江苏;32
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