[发明专利]基于模糊策略的双边遥操作末端平滑行为规划控制方法

说明书

本发明涉及一种基于模糊策略的双边遥操作末端平滑行为规划控制方法，基于模糊策略融合力、位信息调节机器人遥操作的闭环受控结构。在感知信息的支持下，控制器调节导纳与阻抗模式的模糊分享因子，提高两种模式之间切换过程的顺滑度，控制器设计简单，模糊逻辑容易数字化实现。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过模糊策略调节导纳和阻抗控制，增强机器人遥操作从自由空间运动到与环境交互的过程平稳性；控制作用下的双边遥操作系统的稳定过程不会有切换不连续导致的振动情况出现。

技术领域

本发明属于遥操作人机交互领域，涉及一种基于模糊策略的双边遥操作末端平滑行为规划控制方法。

背景技术

遥操作是将本地操作人员的操控行为信息化后，利用通讯手段增强远端机器人操控能力的技术。双边遥操作系统的本地和远端的机器人通常是同构的，远端机器人在自由空间运行时，本地操作人员利用柔顺控制技术调节本地机器人末端，远端机器人依据本地端传递的速度和位置信息复现本地机器人行为，这种操控行为称为导纳控制模式。相对应地，远端机器人末端与环境进行交互时，需要依赖阻抗控制模式，因为采用完全遵从本地端提供的速度及位置要求，容易造成末端交互力超限，导致机械损坏。阻抗和导纳控制模式能够分别应对双边遥操作的自由空间运动和环境接触交互，但是在接触过程中的切换点选择问题尚无法妥善解决，导致操作行为不平稳，接触过程不平滑，甚至导致系统不稳定。

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模糊策略的双边遥操作末端平滑行为规划控制方法，针对遥操作的机器人环境接触过程的操作模式切换问题，基于双边遥操作架构，通过模糊策略融合力、位信息调节阻抗、导纳结构参数，构建一种面向机器人遥操作执行末端的平滑行为规划控制模式。

技术方案

一种基于模糊策略的双边遥操作末端平滑行为规划控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、根据二种运动情况分别建立导纳与阻抗模式的参数结构：

1、从端机器人的末端在自由空间运动时，环境作用力为主端操控端采用具有期望阻抗的导纳模式为：

2、从端机器人的末端与环境接触时，环境作用力主端操控端感受到从端有接触行为后，选择阻抗控制模式为：

其中：和分别是本地端和远端机器人执行器末端的三维位移，表示本地端的惯量矩阵，其中是n关节机械臂的惯量矩阵，本地端的雅可比矩阵满足和分别是本地端雅可比矩阵的广义逆矩阵和广义逆的转置矩阵；

继而表示本地端的机器人末端科氏力矩阵，表示主端的末端重力向量，是主端执行器的关节角；

步骤2：根据力位信息确定混合导纳和阻抗模式的模型，构建式闭环系统的期望动力学模型为：

其中表示力从本地端向从端机器人传递时的力当量，为利用模糊逻辑系统确定的分配参数；

设计该闭环系统的本地机器人末端的控制律为：

其中：是基于阻抗特征的本地端对从端环境力的预测，从端机器人末端与环境交互过程为：

其中：第i个运动维的环境力为利用自适应律实现从端环境力阻抗结构参数的估计：

继而获得对从端环境力的阻抗参数，预测从端环境力；