[发明专利]一种双人共享双臂机器人遥操作控制系统

权利要求书

1.一种双人共享双臂机器人遥操作控制系统，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立双人双手操作的动力学模型：

Fh1l=Fh1l*-Zh1lVh1lFh1r=Fh1r*-Zh1rVh1rFh2l=Fh2l*-Zh2lVh2lFh2r=Fh2r*+Zh2rVh2r---(1)]]>

其中，和为操作者i对左手控器和右手控器的作用力，和为操作者i的实际控制力，和分别为操作者i的操作阻抗，和别为操作者i左手和右手的速度变量；

在任务模型中，建立两操作者双手的动力学模型：

Zm1lVh1l=Fh1l+Fcm1lZm1rVh1r=Fh1r+Fcm1rZm2lVh2l=Fh2l+Fcm2lZm2rVh2r=Fh2r+Fcm2r---(2)]]>

其中，和分别表示操作者i左操作手和右操作手驱动力的质量模型阻抗，s为拉普拉斯算子，和为操作者i的左手和右手控制力；

2)建立从端双臂机器人的动力学模型：

在任务模型中，建立从端双臂机器人与环境交互的动力学模型：

{Fsl=Fel*+ZeVslFsr=Fer*+ZeVsr---(3)]]>

其中，和分别为环境对从端操作臂的作用力，和为环境对从端双臂的实际作用力，Z_e表示环境的阻抗，和分别表示从端的操作速度；

在任务模型中，建立双臂机器人的动力学模型：

ZslVsl=-Fsl+FcslZsrVsr=-Fsr+Fcsr---(4)]]>

其中，和分别为从端双臂的控制力，和分别表示从端左机械臂和右机械臂驱动力的质量模型阻抗；

3)主端控制器设计

利用PD控制器设计两主手的控制力

Fcm1l=-Cm1lVh1l+C4m1lVh1dl-C6m1lFh1l+C2m1lFh1dlFcm1r=-Cm1rVh1r+C4m1rVh1dr-C6m1rFh1r+C2m1rFh1drFcm2l=-Cm2lVh2l+C4m2lVh2dl-C6m2lFh2l+C2m2lFh2dlFcm2r=-Cm2rVh2r+C4m2rVh2dr-C6m2rFh2r+C2m2rFh2dr---(5)]]>

其中，和表示操作者i两主手PD控制器参数，各参数满足和和和操作者i左手和右手期望操作速度，和操作者i左手和右手期望作用力；

4)从端控制器设计

利用PD控制器设计两从手的控制力

Fsl=-CslVsl+C1lVsdl-C5lFsl+C3lFsdlFsr=-CsrVsr+C1rVsdr-C5rFsr+C3rFsdr---(5)]]>

其中，和表示从手双臂PD控制器参数，各参数满足和和和从手左臂和右臂的期望操作速度，和从手左臂和右臂的期望作用力；

5)共享控制策略设计

共享控制策略通过期望速度和期望作用力实现，各操作者的主操作手只有一个，即左手或者右手，令操作者1的主操作手为右手，操作者2的操作手为左手；

Vh1dl=Vsl]]>

Vh2dr=Vsr]]>

Vh1dr=α1Vh1l+(1-α1)Vsl]]>

Vh2dl=(1-α2)Vh1r+α2Vsr]]>

Fh1dl=Fsl]]>

Fh2dr=Fsr]]>

Fh1dr=α1Fh1l+(1-α1)Fsl]]>

Fh2dl=(1-α2)Fh1r+α2Fsr]]>

Vsdl=α3Vh1l+(1-α3)Vh2l]]>

Vsdr=(1-α3)Vh1r+α3Vh2r]]>

Fsdl=α3Fh1l+(1-α3)Fh2l]]>

Fsdr=(1-α3)Fh1r+α3Fh2r]]>

其中，α₁、α₂和α₃分别表示主手1、主手2和从端的共享优势因子，且满足条件α_i∈[0,1],i＝1,2,3；通过调节优势因子实现操作者操作训练过程的过渡。