【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于一阶低通滤波的遥操作主手外力估计方法，属于遥操作主手外力估计领域。
技术介绍
1、遥操作主手是遥操作系统中的主端操作设备。操作人员通过手动操控遥操作主手，控制远处的遥操作从手执行相应的任务，以此达到人在安全环境下精确操控遥操作从手的目的。基于上述特点，遥操作主手被广泛应用于远程外科手术、远程核废料处理、太空探索、海底探险等场景。
2、为了实现精确的力反馈效果，需要获得人推动遥操作主手的操作力信息。通常的解决办法是安装力传感器，但会增加额外的硬件成本和装配复杂度。因此，无力传感器的外力估计方法更具备经济价值和实用性。
3、在现有的外力估计方法中，非线性干扰观测器和扩张状态观测器的应用较为普遍。然而，这些方法需要构建一个类似于观测器的结构以提供观测误差来构建估计器，这会导致算法实现复杂和调参困难，且收敛速度主要取决于观测器增益。此外，非线性干扰观测器的设计还需要对遥操作主手的惯性矩阵进行求逆运算，增加了计算机的计算负担。因此，如何构建简单、调参方便、估计精确的遥操作主手外力估计器对于遥操作实现具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于一阶低通滤波的遥操作主手外力估计方法，旨在至少解决所述技术缺陷之一。
2、本专利技术的技术方案是：一种基于一阶低通滤波的遥操作主手外力估计方法，包括以下步骤：
3、步骤s1，根据欧拉-拉格朗日方法建立n自由度遥操作主手动力学模型；
4、步骤s2，依据所述遥操作
5、步骤s3，依据不显含加速度信号形式的动力学模型，获得不使用加速度信号的动力学模型；
6、步骤s4，依据所述不使用加速度信号的动力学模型，设计遥操作主手外力估计器。
7、所述遥操作主手的动力学模型为：
8、
9、其中，分别为遥操作主手的关节位置、速度和加速度向量；代表遥操作主手控制器的控制扭矩向量，为操作人员推动遥操作主手的操作扭矩向量；表示维度为n，分别表示遥操作主手的惯性矩阵、柯氏力矩阵以及重力向量。
10、所述依据所述遥操作主手动力学模型，获得不显含加速度信号形式的动力学模型，具体为：
11、分别定义辅助向量和为：
12、
13、依据辅助向量和对所述遥操作主手动力学模型动力学模型进行预处理，将所述遥操作主手的动力学模型转化为不显含加速度信号形式的动力学模型：
14、
15、其中，为遥操作主手的惯性矩阵m(q)的导数，为辅助向量的导数。
16、所述依据不显含加速度信号形式的动力学模型，获得不使用加速度信号的动力学模型，具体为：
17、对所述不显含加速度信号形式的动力学模型等号两边同时进行一阶低通滤波操作，得到滤波后的模型为：
18、
19、其中，向量τf分别为τ滤波后的变量，满足：
20、
21、根据公式(5)第一行可知：
22、
23、因此，将滤波后的模型(4)表示成不使用加速度信号的动力学模型：
24、
25、其中，分别为τf的导数，参数k为大于0小于1的标量。
26、所述依据所述不使用加速度信号的动力学模型，设计遥操作主手外力估计器，具体为：
27、当参数k趋近于0时，τf趋近于真实值τ，确定遥操作主手外力估计器即可精确估计出操作员推动遥操作主手的外力，此时：
28、
29、本专利技术的有益效果是：本专利技术仅通过滤波操作即可实现快速、精确的外力估计，方法简单、无需求逆并且仅有一个参数需要整定，提高了该方法在实际应用中的可行性和便利性。
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1.一种基于一阶低通滤波的遥操作主手外力估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于一阶低通滤波的遥操作主手外力估计方法，其特征在于，所述遥操作主手的动力学模型为：
3.根据权利要求2所述的基于一阶低通滤波的遥操作主手外力估计方法，其特征在于，所述依据所述遥操作主手动力学模型，获得不显含加速度信号形式的动力学模型，具体为：
4.根据权利要求3所述的基于一阶低通滤波的遥操作主手外力估计方法，其特征在于，所述依据不显含加速度信号形式的动力学模型，获得不使用加速度信号的动力学模型，具体为：
5.根据权利要求4所述的基于一阶低通滤波的遥操作主手外力估计方法，其特征在于，所述依据所述不使用加速度信号的动力学模型，设计遥操作主手外力估计器，具体为：
【技术特征摘要】
1.一种基于一阶低通滤波的遥操作主手外力估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于一阶低通滤波的遥操作主手外力估计方法，其特征在于，所述遥操作主手的动力学模型为：
3.根据权利要求2所述的基于一阶低通滤波的遥操作主手外力估计方法，其特征在于，所述依据所述遥操作主手动力学模型，获得不显含加速度信号形式的动力学模...
【专利技术属性】
技术研发人员：景包睿，那靖，高贯斌，段浩，王娴，黄英博，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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