基于多运动技能先验的人机共享自治遥操作方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多运动技能先验的人机共享自治遥操作方法及系统，包括以下步骤：基于动态运动基元的方法，通过对不同任务轨迹进行示教学习，构建运动技能库；获取实时轨迹在运行技能库中的最优分类；构建人类和机器人共享控制的导纳控制模型；基于人类和机器人的置信度获取共享控制权重，进行共享控制率仲裁。将人和机器人各自的规划控制统一在导纳控制框架下，并通过二者的置信度度量设计仲裁函数，分配共享控制权值，在线调整机器人自治水平，实现共享控制遥操作；相比于机器人主导的离线轨迹生成方法，本方法增加了人类介入操作的灵活性，可以实现避障、轨迹修调等功能，提升了复现精度，降低人类功耗和任务完成时间。降低人类功耗和任务完成时间。降低人类功耗和任务完成时间。

【技术实现步骤摘要】
基于多运动技能先验的人机共享自治遥操作方法及系统


[0001]本专利技术属于机器人控制
，更具体地，涉及一种基于多运动技能先验的人机共享自治遥操作方法及系统。

技术介绍

[0002]医疗手术机器人凭借精度高、灵活性强、医生操作不易疲劳且能去除手部抖动等优势，成为机器人领域的新兴研究热点。由于手术环境的复杂多变，目前的人工智能技术尚不足以支撑机器人实现完全自主的操作，而机器人离线编程技术又增加了风险并丧失了其灵活性。因此，人机交互中的共享控制——结合人类决策意图与机器人自主规划的控制策略，在医疗手术机器人中存在巨大应用前景。如何兼顾多变的环境和复杂的任务，将人类意图与机器人自主的决策规划相融合是该技术的一大难点。
[0003]为了解决上述问题，专利文献CN201811159046.2公开了一种自主遥控水下机器人人机共享控制方法，其包括行为管理、基本行为和行为综合三个单元，分别负责机器人作业模式的切换、基本行为输出的速度矢量计算和对各个基本行为的输出进行混合，提高了自主遥控水下机器人的任务表现并降低了操作人员的工作负担。另外，专利文献本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多运动技能先验的人机共享自治遥操作方法，其特征在于，包括以下步骤：S100基于动态运动基元的方法，通过对不同任务轨迹进行示教学习，构建运动技能库；S200获取实时轨迹在运行技能库中的最优分类；S300构建人类和机器人共享控制的导纳控制模型；S400基于人类和机器人的置信度获取共享控制权重，进行共享控制率仲裁。2.根据权利要求1所述的一种基于多运动技能先验的人机共享自治遥操作方法，其特征在于，所述S200包括：S210对实时轨迹进行分类汇总：其中，x0→
T
表示从开始到当前时刻的轨迹；N为运动技能库包含的动态运动基元的总个数；g代表给定的目标点；P为概率；T为总时间；S220获取实时生成的轨迹与运动技能库中的期望轨迹的相似度关系：l
ρ
(i,j)＝d(i,j)+ρ
·
min{l(i
‑
1,j
‑
1),l(i
‑
1,j),l(i,j
‑
1)}l(i,j)＝d(i,j)+min{l(i
‑
1,j
‑
1),l(i
‑
1,j),l(i,j
‑
1)}其中，i＝1,2,
…
m，j＝1,2,
…
n，m,n分别代表轨迹x
A
和x
B
的路径数据点总数；N为规整路径的长度；S230对实时生成的轨迹与运动技能库中的期望轨迹逐一对比，获得已知轨迹相对于各个运动技能库技能的相似性度量S240基于相似性度量，以最大熵原则为准则，获得最优分类：其中，β为可调参数，最优的参数值为其中的ε为一个正的常数，取ε＝0.001。3.根据权利要求2所述的一种基于多运动技能先验的人机共享自治遥操作方法，其特征在于，所述S220包括：S221定义A，B两路径之间的相似度为：其中D表示距离函数；使用路径的积分长度评价当前轨迹与技能库中标准路径距离，有如下约束：
其中，m,n分别代表轨迹x
A
和x
B
的路径数据点总数；s为弧长，S0和S
m
分别代表轨迹起始点0到m的各段弧长，S0和S
n
分别代表轨迹起始点0到n的各段弧长；S222采用动态时间归整计算距离：其中，x
A
和x
B
为轨迹；S223以路径点和之间的欧式距离作为第i行j列构造距离矩阵D
m
×
n
，求解动态规划，并引入遗忘因子修正：l
ρ
(i,j)＝d(i,j)+ρ
·
min{l(i
‑
1,j
‑
1),l(i
‑
1,j),l(i,j
‑
1)}l(i,j)＝d(i,j)+min{l(i
‑
1,j
‑
1),l(i
‑
1,j),l(i,j
‑
1)}其中，i＝1,2,
…
m，j＝1,2,
…
n，
…
n，m,n分别代表轨迹x
A
和x
B
的路径数据点总数；ρ为遗忘因子；S224距离的度量在l(i,j)的基础上取平均，得到轨迹x
A
和x
B
的距离，即为实时生成的轨迹与运动技能库中的期望轨迹的相似度关系：其中，N为规整路径的长度。4.根据权利要求1所述的一种基于多运动技能先验的人机共享自治遥操作方法，其特征在于，所述S...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵欢，郭吉阳，汪一苇，丁汉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：