[发明专利]一种基于虚拟夹具的双人遥操作训练方法

说明书

本发明涉及一种基于虚拟夹具的双人遥操作训练方法，把虚拟夹具引导力加入到教练员与新手之间的训练中，导引新手进行操作，新手感受到的引导力的大小与教练员导引操作的偏离程度成正相关系，方向与偏离成相反关系，且虚拟夹具评价指标随新手的训练程度可进行调整。根据新手训练程度，调整新手训练的评价指标，可实时更新训练进程和训练强度。

技术领域

本发明属于机器人遥操作领域，涉及一种将虚拟夹具作为训练评价指标，利用虚拟引导力进行操作训练的方法。

背景技术

随着机器人在各个领域的大量应用，以往机器人按照预先编好的指令进行操作的方式已不能满足人们的需要，甚至在某些场景下机器人的自主工作根本不能实现人们的需求。这时，需要人与机器人，甚至是多人与机器人之间共同协作完成操作任务，将人的智力加入到机器人的控制中。因此，现在就面临着人与机器人之间的信息交流和多人之间的操作训练问题。一般将双人操作训练分为教练员与新手两人，教练员指有丰富操作经验的操作员，在操作训练中起导引作用；新手指缺少操作经验的操作员，在操作训练中起辅助作用。因此，针对教练员与新手之间操作训练问题，设计一种采用虚拟夹具的操作训练方法。

前期的研究工作表明，以往教练员与新手之间的训练采用共享控制的方法，通过调节教练员和新手的权重因子大小，实现对新手的训练。但是权重的大小主观性太强，且需要多次尝试，无法满足快速训练新手的目的，且在训练过程中，教练员的引导性不强，新手模仿跟随教练员效果较差。本发明通过将虚拟夹具作为评价指标引入教练员与新手之间的双人操作训练中，在新手的操作上施加虚拟力，能更好地减轻新手的操作压力，提高操作流畅度，减少训练时间。

发明内容

要解决的技术问题

为了克服共享控制中采用分配权重的方式实现训练新手主观性较大的缺点，本发明提出一种基于虚拟夹具的双人遥操作训练方法。

技术方案

一种基于虚拟夹具的双人遥操作训练方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：建立模型

在操作主端，包括教练员和新手，所述的教练员是指具有丰富操作经验的人员，在操作训练中，起决定控制作用，所述的新手指缺少操作经验的人员，需要在引导下进行操作；在操作从端，包括一个双臂机器人，教练员和新手分别通过手控器控制双臂机器人；在操作训练任务过程中，建立教练员与新手的双人动力学模型：

其中，和i＝1,2分别表示教练员和新手对手控器的作用力；和i＝1,2分别表示教练员和新手的控制力；和i＝1,2分别表示教练员和新手左右手驱动力的质量模型阻抗，s为拉普拉斯算子；和i＝1,2分别表示教练员和新手的速度变量；和分别表示从端双臂的控制力；和分别表示从端环境对从端操作双臂的实际作用力；和分别表示从端左右两个机械臂驱动力的质量模型阻抗；和分别表示从端操作臂的速度；

在训练新手的过程中，教练员起导引作用，接受来自从端的环境力，即将从端环境力反馈给教练员：

F_h1＝F_e (2)

其中，表示教练员左手和右手的操作力，表示作用于从端双臂上的从端环境力；

新手根据教练员手的运动，在虚拟夹具的导引下，作用在新手上的虚拟力为：

F_h2＝F_VF (3)

其中，表示新手左手和右手的操作力，表示作用于新手上的虚拟夹具引导力，本发明采用导引型虚拟夹具；

因此，建立基于虚拟夹具的教练员对新手的位置模型：