[发明专利]一种基于力位反馈的遥操作交互操作方法

说明书

本发明涉及一种基于力位反馈的遥操作交互操作方法，将操作者对主手进行的位置姿态操作通过通信网络传送给从手，从手控制器获取主手位置信息作为从手位置跟踪目标，从手完成位置跟踪并将从手与外部环境力传送给主手，主手根据从手反馈的力信息对从手完成力跟踪。当主手收到的反馈力信息大于期望值，且从手末端位置姿态因外力发生变化时，通过位置姿态反馈通道将从手的位姿变化传送给主手，主手根据接收的从手位姿信息对从手进行位置跟踪，最终完成从手的力位反馈。通过本发明提供的方法，可在遥操作过程中对从手进行实时力‑位置跟踪，感知从手的触觉力和因外部环境力而产生的位置姿态变化，提高操作沉浸感，降低操作出错率，提高操作效率。

技术领域

本发明属于遥操作主从交互控制领域，涉及一种基于力位反馈的遥操作交互操作方法。特别是涉及一种基于力和位置同时反馈的沉浸感和准确性更高的遥操作交互操作方法。

背景技术

文献“水下机械手不确定遥操作自适应双边控制，北京航空航天大学学报，2018,Vol44(09)，p1918-1925”公开了一种遥操作过程中，针对不确定外部环境问题的自适应双边控制方法。该方法基于对主机械手模型参数与运动参数不确定性，设计了基于名义模型的参考自适应阻抗控制，利用自适应控制律补偿模型不确定性，实现主手上操作者施加力与从手和环境交互力信号的跟踪匹配，满足主从机械手上力-位置的一致性，实现操作者真实感知从手触觉力的目的。文献所述方法包含两部分内容，即从手的自适应位置跟踪和主手的自适应力跟踪，只是满足了操作者真实感知从手触觉力，在未知环境中，从手会出现于外部环境碰撞等情况，导致从手末端产生震颤，该方法不满足操作者能真实感知从手因受到外力而产生的震颤等位置变化，不能提供给操作者完整的交互沉浸感。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于力位反馈的遥操作交互操作方法，解决传统双边控制等交互控制策略只是实现从手对主手的位置跟踪，主手对从手的力跟踪，不能实现从手在外部环境力的作用下产生位置变化时，主手对从手的位置跟踪，缺乏交互沉浸感的问题。

技术方案

一种基于力位反馈的遥操作交互操作方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、主手数据采集：在运动过程中，主手等时间间隔采集手控器的实时位置姿态信息将与前一时刻位姿信息作差得到主手进动量P；

将主手进动量ΔP按ΔP₀＝k*ΔP映射为机械臂末端的运动指令ΔP₀

ΔP₀＝k*ΔP＝[Δx Δy Δz Δα Δθ Δγ]

其中：k为操作比例系数；Δx、Δy、Δz分别为主手末端在X轴、Y轴和Z轴三个方向的位置增量；Δα、Δθ、Δγ分别为主手末端绕X轴、Y轴和Z轴姿态角的增量；

步骤2：从手末端当前期望的位置姿态P通过主手的位置姿态进动量ΔP₀和从手末端初始位置姿态P₀得到：

P＝P₀+ΔP₀＝[x y z α θ γ]

其中：x、y、z分别为从手末端在X轴、Y轴和Z轴三个方向的期望位置；α、θ、γ分别为从手末端绕X轴、Y轴和Z轴的期望姿态角；p_x、p_y、p_z即为从手末端位置x、y、z，a为接近矢量，o为方位矢量，n为法向矢量，由右手定则确定；

由期望位姿控制从手运动实现从手对主手的位置跟踪，同时开启从手到主手的力反馈和位置反馈两个通道。