[发明专利]一种主从机器人遥操作的方法

说明书

一种主从机器人遥操作方法，包括步骤如下：A1.主端机器人发出指令；A2.确定主端机器人的自由度，建立虚拟分解矩阵单元；A3.确定从端机器人的自由度，建立虚拟分解矩阵单元；A4.相同数量的虚拟分解矩阵单元，将根据下列式子可生成相同数量的虚拟关节,V_i^X为虚拟分解矩阵单元，S^X(t)为状态向量，M为主端机器人，S为从端机器人，为虚拟关节；A5.主从端机器人相对应的虚拟关节组成虚拟关节对；A6.将所有虚拟关节对的相似度矩阵进行相加，形成虚拟关节的映射，将上述发出的指令转化为从端机器人的指令，从而实现对从端机器人的控制。与现有技术相比，无论主从端机器人构型是否相同，都可以保证主从端机器人在任务空间的同步性，同时还保证在构型上的相似性。

技术领域

本发明涉及一种主从机器人遥操作方法，属于机器人技术领域。

背景技术

机器人广泛地应用在很多人类无人到达的场景进行作业，例如核污染现场、海洋/水下作业现场、太空机器人作业现场、以及远程手术等这些任务，由于人类无法亲临现场，而机器人的智能水平还远远达不到自主作业的程度，因此必须要对机器人进行远程控制，而遥操作就是一种非常普遍的机器人远程控制模式。遥操作指的是操作员通过人机交互设备发出动作指令，指令通过网络或专用通信链路发送到远端的机器人，机器人收到指令后，按照指令进行操作，最终完成任务。

遥操作中，如何采集到操作员的动作指令，并转化为远端机器人的控制指令，该指令能准确地复现操作员的操作意图，是遥操作中至关重要的一个环节，也是其核心关键技术。一般而言，将操作员一端称为主端，远端机器人称为从端。这里采集到主端的动作指令，并转化为从端机器人运动控制指令的过程，称为主从运动学映射。

主端的人机交互设备可以有多种形式，例如摇杆、串联多连杆式机器人、并联式及机器人、上肢穿戴式设备、以及无接触的视觉或光学动作捕捉设备。同样，取决于不同的任务需要，从端的机器人也可以有多种构型或不同的自由度，例如三自由度、六自由度、七自由度甚至更多。比较简单的情况是主端的交互设备与从端机器人构型完全一致，即具有相同的构型和运动参数(可以认为从端是主端的复制)，那么运动映射时，主从端直接采用相同的关节角就可以实现主从一致的遥操作控制。但实际应用中更多的是主端与从端的机器人主从异构的情况，我们无法运用传统的运动学映射来实现主从一致的遥操作控制。

发明内容

本发明的目的是为了解决无论主从端机器人构型是否相同，都可以保证主从端机器人在任务空间的同步性，同时还保证在构型上的相似性问题，提出一种主从机器人遥操作的方法。

为解决上述技术问题，提出主从机器人遥操作的方法，具体步骤如下：A1.主端机器人发出指令；A2.确定主端机器人的自由度，建立虚拟分解矩阵单元；A3.确定从端机器人的自由度，建立虚拟分解矩阵单元；A4.相同数量的虚拟分解矩阵单元，将根据下列式子可生成相同数量的虚拟关节,V_i^X为虚拟分解矩阵单元，S^X(t)为状态向量，M为主端机器人，S为从端机器人，为虚拟关节；A5.主从端机器人相对应的虚拟关节组成虚拟关节对；A6.将所有虚拟关节对的相似度矩阵进行相加，形成虚拟关节的映射，将上述发出的指令转化为从端机器人的指令，从而实现对从端机器人的控制。

优选地，上述技术方案中，所述虚拟分解矩阵单元V_i^X的表达式为：

是主端第i个虚拟关节包含的自由度的数目,是从端第i个虚拟关节包含的自由度的数目,m为主端的自由度的数量，n为从端的自由度的数量。

优选地，上述技术方案中，所述虚拟分解矩阵单元V_i^X，每行有且仅有一个1元素，而每列最多有一个1元素，其余均为零。