【技术实现步骤摘要】
主操作手的驱动力获取方法、装置及存储介质
[0001]本申请实施例主从遥操作机器人
，尤其涉及一种主操作手的驱动力获取方法、装置及计算机可读存储介质。
技术介绍
[0002]目前，主从遥操作机器人技术被广泛应用于危险空间的探索、大众娱乐、工业生产、医疗服务等领域，在遥操作机器人系统中，主操作手作为操作者与机器人之间的交互设备，向从端设备传递操作者给出的位姿、速度等信息，同时也可向操作者传递从端系统受到的力/力矩等环境信息，以使操作者具有操作临场感，可及时对从端系统的运动做有效的控制和干预。
[0003]但专利技术人在研究过程中发现，操作者需要提着主操作手进行操作，较为不便，同时，在向操作者传递从端系统受到的力/力矩等环境信息的过程中，需要牛顿
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欧拉法来计算电机输出的驱动力，计算比较复杂，需要较多的计算时间，从而增加了操作时延、降低了操作速度，进而降低了工作效率。
技术实现思路
[0004]本申请实施例提供一种主操作手的驱动力获取方法、装置及计算机可读存储介质，可实现提高操作便利性、减少操作时延、提高操作速度，进而提高工作效率的技术效果。
[0005]本申请实施例一方面提供了一种主操作手的驱动力获取方法，应用于主操作手中，所述主操作手为操作者与从端机器人之间的交互设备，所述主操作手包括多个模块，所述多个模块中至少包括静平台和动平台，且所述动平台受用户控制进行运动；其中，所述静平台上包括N个静位置点，且每个静位置点处设置有主动驱动装置，所述动平台上包括与所述N个静...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种主操作手的驱动力获取方法，其特征在于，所述主操作手包括多个模块，所述多个模块中至少包括静平台和动平台，且所述动平台受用户控制进行运动；其中，所述静平台上包括N个静位置点，且每个静位置点处设置有主动驱动装置，所述动平台上包括与所述N个静位置点一一对应的N个动位置点，所述方法包括：确定各个静位置点的驱动输入量关于动平台运动位姿的驱动表示公式，以及确定各个静位置点的被动旋转量关于动平台运动位姿的被动表示公式；其中，所述运动位姿用于指示所述动平台相对于所述静平台的位姿；所述驱动输入量用于指示所述动位置点在所述主动驱动装置的控制下产生的相对于对应的静位置点的位置变化；所述被动旋转量用于指示所述动平台进行运动后所述动位置点产生的相对于静位置点的位置变化；基于所述被动表示公式，确定所述被动旋转量与预设运动参数间的第一关系表示公式，以及，基于所述驱动表示公式，确定所述驱动输入量与所述预设运动参数间的第二关系表示公式；所述第二关系表示公式中包括逆雅克比矩阵，所述逆雅克比矩阵用于表示所述驱动输入量与所述预设运动参数间的映射关系；根据预先测量获得的主操作手中的各个模块的质心点初始时刻在静平台坐标系中的坐标、所述第一关系表示公式和所述第二关系表示公式，确定所述各个模块与所述预设运动参数间的映射关系；其中，所述静平台坐标系基于所述静平台建立；所述映射关系中包括雅克比矩阵，所述雅克比矩阵用于表示所述各个模块与所述预设运动参数间的映射关系；根据测量得到的所述驱动输入量和所述被动旋转量，确定所述动平台运动位姿的实时位姿数据；根据所述主操作手接收到的反馈力、所述各个模块的重力、所述各个模块的雅克比矩阵、所述逆雅克比矩阵以及所述动平台运动位姿的实时位姿数据，确定所述主操作手输出的驱动力；根据所述驱动力，对所述主操作手进行力反馈以及重力平衡。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述主操作手接收到的反馈力、所述各个模块的重力、所述各个模块的雅克比矩阵、所述逆雅克比矩阵以及所述动平台运动位姿的实时位姿数据，确定所述主操作手输出的驱动力包括：根据虚功原理，确定所述主操作手的静力平衡方程，其中，所述静力平衡方程用于表示所述主操作手输出的驱动力、各个模块的重力以及所述主操作手接收到的反馈力做的虚功的和为零；基于所述实时位姿数据，确定所述雅克比矩阵的实时取值和所述逆雅克比矩阵的实时取值；基于各个模块相对于静平台的位姿，确定各个模块的质心在静平台坐标系下的坐标，以及各模块的重力在静平台坐标系下的重力分量；根据所述主操作手接收的反馈力在所述静平台坐标系或动平台坐标系的映射、所述各个模块的重力分量、所述各个模块的雅克比矩阵的实时取值、以及所述逆雅克比矩阵的实时取值，对所述静力平衡方程进行运算，获得所述驱动力，其中，所述动平台坐标系基于所述动平台建立。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中，所述主操作手中还建立有静位置点第一坐标系和静位置点第二坐标系，其中，所述静位置点第一坐标系基于静位置点的初始
位置建立，所述静位置点第二坐标系基于具有对应关系的静位置点和动位置点建立；所述确定各个静位置点的驱动输入量关于动平台运动位姿的驱动表示公式，以及确定各个静位置点的被动旋转量关于动平台运动位姿的旋转表示公式包括：根据平面坐标旋转定理，确定所述静位置点在所述静平台坐标系的坐标以及确定所述动位置点在所述动平台坐标系的坐标；根据所述静平台坐标系与所述动平台坐标系的第一转换矩阵、所述静平台坐标系与静位置点第一坐标系的第二转换矩阵、所述静位置点第一坐标系与静位置点第二坐标系的第三转换矩阵、所述静位置点在所述静平台坐标系的坐标、以及所述动位置点在所述动平台坐标系的坐标，确定所述动位置点在所述静平台坐标系中的第一位置坐标，以及确定所述动位置点在所述静位置点第一坐标系的第二位置坐标；基于所述动位置点在所述静平台坐标系中的第一位置坐标、静位置点在所述静平台坐标系中的坐标、以及所述动位置点在所述静位置点第一坐标系的第二位置坐标，确定所述驱动表示公式和所述被动表示公式。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述静平台坐标系与所述动平台坐标系的第一转换矩阵、所述静平台坐标系与静位置点第一坐标系的第二转换矩阵、所述静位置点第一坐标系与静位置点第二坐标系的第三转换矩阵、所述静位置点在所述静平台坐标系的坐标、以及所述动位置点在所述动平台坐标系的坐标，确定所述动位置点在所述静平台坐标系中的第一位置坐标，以及确定所述动位置点在所述静位置点第一坐标系的第二位置坐标包括：基于所述静平台坐标系与动平台坐标系的第一转换矩阵、以及各个动位置点在动平台坐标系中的坐标，确定动位置点在所述静平台坐标系中的第一位置坐标；所述第一转换矩阵与所述动平台的运动位姿相关；基于所述静平台坐标系与静位置点第一坐标系的第二转换矩阵、以及各个动位置点在所述静平台坐标系中的坐标，确定动位置点在所述静位置点第一坐标系中的第二位置坐标的位姿表示；所述位姿表示与所述动平台的运动位姿相关；基于静位置点第一坐标系与静位置点第二坐标系的第三转换矩阵、以及各个动位置点在静位置点第二坐标系中的坐标，确定各个动位置点在所述静位置点第一坐标系中的第二位置坐标的主被动表示；所述动位置点在静位置点第二坐标系中的坐标基于所述动位置点在所述静平台坐标系中的第一位置坐标、和对应的静位置点在所述静平台坐标系中的坐标确定；所述第三转换矩阵与待确定的驱动输入量和被动旋转量相关；所述主被动表示与待确定的驱动输入量和被动旋转量相关。5.根据权利要求4所述的方法，所述多个模块中至少还包括多个连接模块，所述连接模块用于连接具有对应关系的静位置点和动位置点；所述驱动输入量包括：具有对应关系的静位置点和动位置点在连接模块的调节方向上的距离，以及每个动位置点相对于对应的静位置点沿第一轴心旋转的第一旋转变化量；所述驱动表示公式包括：所述距离关于所述动平台运动位姿的距离表示公式、以及所述第一旋转变化量关于所述动平台运动位姿的旋转表示公式；所述被动旋转量包括：每个动位置点相对于对应的静位置点沿第二轴心旋转的第二旋转变化量；所述被动表示公式包括所述第二旋转变化量关于所述动平台运动位姿的被动表
示公式；所述基于所述动位置点在所述静平台坐标系中的第一位置坐标、静位置点在所述静平台坐标系中的坐标、以及所述动位置点在所述静位置点第一坐标系的第二位置坐标，确定所述驱动表示公式和所述被动表示公式包括：基于所述各个动位置点在所述静平台坐标系中的第一位置坐标、和各个动位置点对应的静位置点在所述静平台坐标系中的坐标，确定所述距离表示公式；针对每个动位置点，基于该动位置点的第二位置坐标的位姿表示和主被动表示，以及基于所述距离表示公式，确定所述旋转表示公式、以及所述被动表示公式。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据预先测量获得的主操作手中的各个模块的质心点在所述坐标系中的坐标、所述第一关系表示公式和所述第二关系表示公式，确定所述各个模块与所述预设运动参数间的映射关系包括：将所述初始状态下各个模块的质心点的初始坐标转换到与该模块对应的坐标系中，所述对应的坐标系为静位置点第二坐标系或动平台坐标系；基于初始状态下各个模块的质心点在所述对应坐标系中的初始坐标、以及静平台坐标系与所述对应坐标系的转换矩阵，确定各个模块的质心点在静平台坐标系中的实时坐标；所述实时坐标与所述驱动输入量、所述被动旋转量和所述位姿数据中的至少一个相关；根据所述各个模块的质心点在所述静平台坐标系的实时坐标、所述第一关系表示公式以及所述第二关系表示公式，确定所述各个模块与所述预设运动参数间的映射关系。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述连接模块的数量为N，每个所述连接模块包括固定板模块和滑块模块，所述多个模块中至少还包括N个动平台连接轴模块；所述动位置点与所述动平台连接轴模块转动连接，且通过所述动平台连接轴模块与固定板模块连接；所述静位置点与所述滑块模块转动连接，且通过所述滑块模块与固定板模块连接，并控制所述固定板模块相对于静位置点沿第一轴心旋转的第一旋转变化量；所述固定板模块通过在所述滑块模块上滑动并控制所述静位置点和动位置点之间的距离；所述动平台对应的坐标系为动平台坐标系，且所述动平台的质心坐标在所述动平台坐标系下不变；所述滑块模块对应的坐标系为静位置点第二坐标系，且所述滑块模块的质心坐标在所述静位置点第二坐标系下不变；所述固定板模块对应的坐标系为静位置点第二坐标系，且所述固定板模块的质心坐标在所述静位置点第二坐标系的第一方向坐标轴和第二方向坐标轴方向上不变，并在第三方向坐标轴上随所述静位置点和动位置点之间的距离线性变化；所述动平台连接轴模块对应的坐标系为静位置点第二坐标系，且所述动平台连接轴模块的质心坐标在所述静位置点第二坐标系的第一方向坐标轴和第二方向坐标轴上不变，并在第三方向坐标轴上随所述静位置点和动位置点之间的距离线性变化。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一轴心与所述静平台所在平面平行。9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据预先测量获得的主操作手中的各个模块的质心点初始时刻在静平台坐标系中的坐标、所述第一关系表示公式和所述第二关系表示公式，确定所述各个模块与所述预设运动参数间的映射关系包括：
根据所述第一关系表示公式以及所述第二关系表示公式，确定所述动位置点转动角度与预设运动参数间的第三关系表示公式，其中，所述动位置点转动角度用于指示所述动位置点相对于静位置点的转动角度；将所述初始状态下各个模块的质心点的初始坐标转换到与该模块对应的坐标系中；基于初始状态下各个模块的质心点在所述对应坐标系中的初始坐标、以及静平台坐标系与所述对应坐标系的转换矩阵，确定各个模块的质心点在静平台坐标系中的实时坐标；所述实时坐标与所述驱动输入量、所述被动旋转量和所述位姿数据中的至少一个相关；根据所述各个模块的质心点在所述静平台坐标系的实时坐标、所述第一关系表示公式、所述第二关系表示公式以及所述第三关系表示公式，确定所述各个模块与所述预设运动参数间的映射关系。10.根据权利9所述的方法，其特征在于，所述主操作手中还建立有动位置点第一坐标系以及动位置点第二坐标系，所述动位置点第一坐标系基于所述动位置点和所述动平台建立，所述动位置点第二坐标系基于所述动位置点和所述静位置点第二坐标系建立；所述动位置点转动角度包括：所述动位置点第二坐标系的第一方向坐标轴相对于动位置点第一坐标系旋转的第一角度，以及，所述动位置点第二坐标系的第二方向坐标轴相对于动位置点第一坐标系旋转的第二角度；所述连接模块的数量为N，每个所述连接模块包括固定板模块和滑块模块，所述多个模块中至少还包括N个动平台连接轴模块、N个连接关节模块以及N个静平台连接模块；所述动位置点与所述连接关节模块转动连接，所述连接关节模块与所述动平台连接轴模块连接，所述动平台连接轴模块与所述固定板模块连接；所述静位置点与所述静平台连接模块连接，所述静平台连接模块与所述滑块模块转动连接，所述滑块模块与所述固定板模块连接，并且所述静位置点控制所述固定板模块相对于静位置点沿第一轴心旋转的第一旋转变化量；所述固定板模块通过在所述滑块模块上滑动并控制所述静位置点和动位置点之间的距离；所述动平台对应的坐标系为动平台坐标系，且所述动平台的质心坐标在所述动平台坐标系下不变；所述固定板模块对应的坐标系为静位置点第二坐标系，且所述固定板模块的质心坐标在所述静位置点第二坐标系的第一方向坐标轴和第二方向坐标轴上不变，并在第三方向坐标轴上随所述静位置点和动位置点之间的距离线性变化；所述滑块模块对应的坐标系为静位置点第二坐标系，且所述滑块模块的质心坐标在所述静位置点第二坐标系下不变；所述动平台连接轴模块对应的坐标系为动位置点第二坐标系，且所述动平台连接轴模块的质心坐标在所述动位置点第二坐标系下不变；所述连接关节模块对应的坐标系为动位置点第一坐标系绕第二方向坐标轴转动所述第二转动角度后的坐标系，且所述连接关节模块的质心坐标在所述对应的坐标系下不变；所述静平台连接模块对应的坐标系为静位置点第一坐标系绕第一方向坐标轴转动所述第一旋转变化量后的坐标系，且所述静平台连接模块的质心坐标在所述对应的坐标系下不变。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一轴心与所述静平台所在平面不
平行。12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据测量得到的所述驱动输入量和所述被动旋转量，确定所述动平台运动位姿的实时位姿数据包括：确定各个静位置点的驱动输入量和被动旋转量；所述静位置点处设置有主动驱动装置，所述驱动输入量用于指示所述动位置点在所述主动驱动装置的控制下产生的相对于对应的静位置点的位置变化；所述被动旋转量用于指示所述动位置点基于所述驱动输入量被动产生的相对于静位置点的位置变化；基于所述驱动输入量和被动旋转量，确定所述各动位置点在所述静平台坐标系下的坐标，并基于该坐标确定动平台坐标系原点在所述静平台坐标系下的位置坐标；根据所述动平台坐标系原点在所述静平台坐标系中的位置坐标、以及所述各动位置点在所述静平台坐标系下的坐标，确定所述动平台坐标系相对于所述静平台的旋转量；将所述动平台坐标系原点在所述静平台坐标系中的位置坐标、以及所述动平台坐标系相对于所述静平台坐标系的旋转量，确定为所述动平台运动位姿的实时位姿数据。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述动位置点中包括一个位于所述动平台坐标系的第一方向坐标轴上的指定位置点；所述根据所述动平台坐标系原点在所述静平台坐标系中的位置坐标、以及所述各动位置点在所述静平台坐标系下的坐标，确定所述动平台坐标系相对于所述静平台的旋转量包括：基于所述动平台坐标系原点在所述静平台坐标系中的位置坐标和所述指定位置点的坐标，确定所述动平台坐标系的第一方向坐标轴；所述动平台坐标系原点在所述静平台坐标系中的位置坐标和任意两个动位置点的坐标，确定所述动平台坐标系的第三方向坐标轴；所述任意两个动位置点位于第一方向坐标轴和第二方向坐标轴所构成的平面上，所述第一方向坐标轴、第二方向坐标轴和第三方向坐标轴构成空间直角坐标系；基于所述第一方向坐标轴和第三方向坐标轴，确定所述动平台坐标系的第二方向坐标轴；基于所述动平台坐标系的第一方向坐标轴、第二方向坐标轴、第三方向坐标轴、以及所述动平台坐标系原点在所述静平台坐标系中的位置坐标，确定所述静平台坐标系和动平台坐标系的第一转换矩阵；基于所述静平台坐标系和动平台坐标系的第一转换矩阵，确定所述动平台坐标系相对于所述静平台坐标系的旋转量。14.一种主操作手的驱动力获取装置，其特征在于，包括：第一确定模块，用于确定各个静位置点的驱动输入量关于动平台运动位姿的驱动表示公式，以及确定各个静位置点的被动旋转量关于动平台运动位姿的被动表示公式；其中，所述运动位姿用于指示所述动平台相对于所述静平台的位姿；所述驱动输入量用于指示所述动位置点在所述主动驱动装置的控制下产生的相对于对应的静位置点的位置变化；所述被动旋转量用于指示所述动平台进行运动后所述动位置点产生的相对于静位置点的位置变化；第二确定模块，用于基于所述被动表示公式，确定所述被动旋转量与预设运动参数间
的第一关系表示公式，以及，基于所述驱动表示公式，确定所述驱动输入量与所述预设运动参数间的第二关系表示公式；所述第二关系表示公式中包括逆雅克比矩阵，所述逆雅克比矩阵用于表示所述驱动输入量与所述预设运动参数间的映射关系；第三确定模块，用于根据预先测量获得的主操作手中的各个模块的质心点初始时刻在静平台坐标系中的坐标、所述第一关系表示公式和所述第二关系表示公式，确定所述各个模块与所述预设运动参数间的映射关系；其中，所述静平台坐标系基于所述静平台建立；所述映射关系中包括雅克比矩阵，所述雅克比矩阵用于表示所述各个模块与所述预设运动参数间的映射关系；第四确定模块，用于根据测量得到的所述驱动输入量和所述被动旋转量，确定所述动...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓红，黄善灯，潘鲁锋，柏龙，
申请(专利权)人：诺创智能医疗科技杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：
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