机器人遥控操作系统和方法技术方案

本申请提供一种机器人遥控操作系统，包括主机器人、从机器人以及控制系统，控制系统配置为使得从机器人跟随主机器人的运动而运动。控制系统进一步配置为确定系数K，并基于主机器人上的参考点与从机器人上与参考点对应的选定点之间的位移差值以及系数K确定从机器人输出在选定点上的控制力F。输出在选定点上的控制力F。输出在选定点上的控制力F。

【技术实现步骤摘要】
机器人遥控操作系统和方法


[0001]本申请涉及机器人领域，特别是涉及一种机器人遥控操作系统和方法。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，机器人被广泛应用于各种领域，且具有不同的类型和结构。例如关节型机器人，其具有例如多个可旋转的关节，以实现在一定空间范围内的运动。
[0003]机器人的控制可以通过人工遥控机器人实现，在一种实现方式中，遥控操作机器人需要一个供人工操作主机器人，以及一个配置为跟随主机器人动作的从机器人。在一个应用场景中，通过人工示教遥控机器人进行运动，并基于在示教过程中产生的数据进行编程，示教的结果可以生产机器人后续自动执行的操作指令。在另一应用场景中，针对机器人难以自动运行或编程极为复杂的工作环境，可以通过遥控操作机器人以辅助机器人在该环境下的相应作业。
[0004]现有遥控操作机器人的技术中，由于通讯原因或环境原因等，可能导致从机器人的意外运动或操作员的过度驱动，并因此在从机器人和工件或障碍物之间产生过大的接触力，其可能导致工件或机器人损坏。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种机器人遥控操作系统、方法、计算机设备和存储介质。
[0006]本申请一方面提供一种机器人遥控操作系统，包括：主机器人、从机器人以及控制系统。控制系统配置为使得从机器人跟随主机器人的运动而运动。控制系统进一步配置为：确定系数K，以及基于主机器人上的参考点与从机器人上与参考点对应的选定点之间的位移差值以及系数K确定从机器人输出在选定点上的控制力F。
>[0007]在一个实施例中，控制系统配置为确定系数K使得控制力F中的一部分F
ext
小于等于一预定阈值F
lim
，其中，F
ext
包括控制力中用于与外部物体之间的接触力平衡的部分，和/或控制力中用于驱动从机器人跟随主机器人的运动的部分。
[0008]在一个实施例中，当控制力F中的一部分F
ext
小于预定阈值F
lim
时，系数K保持为预设值K0；当控制力F中的一部分F
ext
达到预定阈值F
lim
时，开始调节系数K，以使得控制力F中的一部分F
ext
小于等于预定阈值F
lim
。
[0009]在一个实施例中，控制系统进一步配置为：当控制力F中的一部分F
ext
达到预定阈值F
lim
时，基于位移差值的变化调节系数K,使得控制力F中的一部分F
ext
小于等于预定阈值F
lim
。
[0010]在一个实施例中，控制系统配置为在主机器人与从机器人之间建立虚拟阻抗控制关系，并基于以下条件确定控制力F：
[0011][0012]其中，为基于从机器人动力学模型的从机器人基于选定点处的质量惯性矩
阵，为基于从机器人动力学模型的从机器人基于选定点处的离心力和科里奥利力矩阵，为基于从机器人动力学模型的从机器人基于选定点处的重力矩阵，x
d
为参考点位移，x为选定点的位移，为x
d
的一阶导数，为x的一阶导数，为x的二阶导数，D为虚拟阻尼系数；
[0013]控制力F中的一部分F
ext
按照以下公式计算得到：
[0014][0015]其中，x
e
为x
d
与x的差值，为与的差值，为x
d
的二阶导数与x的二阶导数的差值。
[0016]在一个实施例中，所示控制系统进一步配置为：当控制力F中的一部分F
ext
小于预定阈值F
lim
时，将系数K保持为预设值K0；以及当控制力F中的一部分F
ext
达到预定阈值F
lim
时，按照以下公式之一计算确定系数K：
[0017][0018]或者
[0019][0020]其中，F
ext
(K0)代表当系数K等于K0时计算得到的F
ext
的值。
[0021]在一个实施例中，所示控制系统进一步配置为：当从机器人处于静态时，基于以下公式计算系数K:
[0022][0023]在一个实施例中，控制系统进一步配置为基于控制力F中的一部分F
ext
控制主机器人的驱动装置向操作主机器人的操作员提供触觉反馈。
[0024]在一个实施例中，选定点位于从机器人的从末端执行器上，参考点位于主机器人的主末端执行器上。
[0025]在一个实施例中，控制系统配置为以预定频率持续计算和调节控制力F。
[0026]本申请另一方面提供一种机器人遥控操作方法，包括：获取主机器人上选定点的位移以及从机器人上与参考点对应的选定点的位移；以及确定系数K，基于参考点的位移与选定点的位移之间的位移差值以及系数K确定从机器人输出在选定点上的控制力F。
[0027]在一个实施例中，确定从机器人输出在选定点上的控制力F包括确定系数K使得控制力F中的一部分F
ext
小于等于一预定阈值F
lim,
，其中，F
ext
包括控制力中用于与外部物体之间的接触力平衡的部分，和/或控制力中用于驱动从机器人跟随主机器人的运动的部分。
[0028]在一个实施例中，确定从机器人输出在选定点上的控制力F包括：当控制力F中的一部分F
ext
小于预定阈值F
lim
时，将系数K保持为预设值K0；以及当控制力F中的一部分F
ext
达到预定阈值F
lim
时，开始调节系数K，以使得控制力F中的一部分F
ext
小于等于预定阈值F
lim
。
[0029]在一个实施例中，当控制力F中的一部分F
ext
达到预定阈值F
lim
时，开始调节系数K，以使得控制力F中的一部分F
ext
小于等于预定阈值F
lim
包括：基于位移差值的变化调节系数
K。
[0030]在一个实施例中，确定从机器人输出在选定点上的控制力F包括在主机器人与从机器人之间建立虚拟阻抗控制关系，并基于以下条件确定控制力F：
[0031][0032]其中，为基于从机器人动力学模型的从机器人基于选定点处的质量惯性矩阵，为基于从机器人动力学模型的从机器人基于选定点处的离心力和科里奥利力矩阵，为基于从机器人动力学模型的从机器人基于选定点处的重力矩阵，x
d
为参考点位移，x为选定点的位移，为x
d
的一阶导数，为x的一阶导数，为x的二阶导数，D为虚拟阻尼系数；
[0033]控制力F中的一部分F
ext
按照以下公式计算得到：
[0034][0035]其中，x
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人遥控操作系统，其特征在于，包括：主机器人；从机器人；以及控制系统，配置为使得所述从机器人跟随所述主机器人的运动而运动，其中，所述控制系统进一步配置为：确定系数K；以及基于所述主机器人上的参考点与所述从机器人上与所述参考点对应的选定点之间的位移差值以及所述系数K确定所述从机器人输出在所述选定点上的控制力F。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制系统配置为确定所述系数K使得所述控制力F中的一部分F
ext
小于等于一预定阈值F
lim
，其中，所述F
ext
包括所述控制力中用于与外部物体之间的接触力平衡的部分，和/或所述控制力中用于驱动所述从机器人跟随所述主机器人的运动的部分。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制系统进一步配置为：当所述控制力F中的一部分F
ext
小于所述预定阈值F
lim
时，所述系数K保持为预设值K0；以及当所述控制力F中的一部分F
ext
达到所述预定阈值F
lim
时，开始调节所述系数K，以使得所述控制力F中的一部分F
ext
小于等于所述预定阈值F
lim
。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制系统进一步配置为：当所述控制力F中的一部分F
ext
达到所述预定阈值F
lim
时，基于所述位移差值的变化调节所述系数K,使得所述控制力F中的一部分F
ext
小于等于所述预定阈值F
lim
。5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制系统配置为在所述主机器人与所述从机器人之间建立虚拟阻抗控制关系，并基于以下条件确定所述控制力F：其中，为基于所述从机器人动力学模型的所述从机器人基于所述选定点处的质量惯性矩阵，为基于所述从机器人动力学模型的所述从机器人基于所述选定点处的离心力和科里奥利力矩阵，为基于所述从机器人动力学模型的所述从机器人基于所述选定点处的重力矩阵，x
d
为所述参考点位移，x为所述选定点的位移，为x
d
的一阶导数，为x的一阶导数，为x的二阶导数，D为虚拟阻尼系数；所述控制力F中的一部分F
ext
按照以下公式计算得到：其中，x
e
为x
d
与x的差值，为与的差值，为x
d
的二阶导数与x的二阶导数的差值。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所示控制系统进一步配置为：当所述控制力F中的一部分F
ext
小于所述预定阈值F
lim
时，将所述系数K保持为预设值K0；以及当所述控制力F中的一部分F
ext
达到所述预定阈值F
lim
时，按照以下公式之一计算确定所述系数K：
或者其中，F
ext
(K0)代表当系数K等于K0时计算得到的F
ext
的值。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所示控制系统进一步配置为：当所述从机器人处于静态时，基于以下公式计算系数K:8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制系统进一步配置为基于所述控制力F中的一部分F
ext
控制所述主机器人的驱动装置向操作所述主机器人的操作员提供触觉反馈。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述选定点位于所述从机器人的从末端执行器上，所述参考点位于所述主机器人的主末端执行器上。10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制系统配置为以预定频率持续计算和调节所述控制力F。11.一种机器人遥控操作方法，其特征在于，包括：获取主机器人上选定点的位移以及从机器人上与所述参考点对应的选定点的位移；以及确定系数K，基于所述参考点的位移与所述选定点的位移之间的位移差值以及所述系数K确定所述从机器人输出在所述选定点上的控制力F。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述确定所述从机器人输出在所述选定点上的控制力F包括确定所述系数K使得所述控制力...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱培章，唐文博，郭展帆，叶熙阳，
申请(专利权)人：非夕科技有限公司，
类型：发明
国别省市：