[发明专利]一种主从异构型遥操作机器人工作空间映射方法

权利要求书

1.一种主从异构型遥操作机器人工作空间映射方法，基于omega.7手柄，其特征在于，在笛卡尔空间中，当目标位置在从端机器人运动范围内时，采用主端位置-从端位置映射方式，保证精细操作任务时的准确定位；当目标位置在从端机器人运动范围外时，主端位置-从端速度映射方式，实现从端机器人粗定位，增大从端工作空间的覆盖范围；两种工作方式通过omega.7手柄最后一个自由度的力反馈模拟开关按钮进行切换。

2.根据权利要求1所述的一种主从异构型遥操作机器人工作空间映射方法，其特征在于，当从端机器人处于目标任务运动范围内时，采用主端位置-从端位置映射方式，通过以下公式计算当前从端的末端位姿X_{s_t}：

X_{s_t}＝X_s0+K_position(X_{m_t}-X_m0)

其中X_s0∈R^6×1表示切换到主端位置-从端位置映射时从端机器人末端相对于其基坐标系的位姿，X_m0∈R^6×1表示切换到主端位置-从端位置映射时主端设备的末端位姿，X_{m_t}∈R^6×1表示切换到主端位置-从端位置映射方式后主端设备当前的末端位姿，K_position∈R^6×6为对角矩阵，表示笛卡尔空间中主端位置-从端位置映射的比例系数。

3.根据权利要求1所述的一种主从异构型遥操作机器人工作空间映射方法，其特征在于，当切换到主端位置-从端速度映射方式；从端机器人采集主端设备在笛卡尔空间下的位姿数据，将主端设备偏离机械零点的大小和方向作为从端速度命令的一个度量，即当主端设备末端偏离自身机械零点越大时从端机器人末端移动速度越快，反之越慢；具体地，采用以下公式计算切换后时刻t下从端机器人的末端位置x_{s_t}：

其中x_{s_t-1}∈R^3×1表示t-1时刻从端机器人末端位置，k_velocity∈R^3×3表示主端位置-从端速度映射比例系数，u∈R^3×1表示根据主端位置信息计算得到的从端机器人末端在笛卡尔空间下的移动速度，x_{m_t}∈R^3×1表示当前时刻主端设备末端在笛卡尔空间下的位置，x_{m_0}∈R^3×1表示主端设备末端零点位置，表示与x_{m_t}同方向的单位向量，s为从端机器人末端在笛卡尔空间下的平移速度死区阈值，即当主端位置位于死区范围内时，从端机器人末端的平移速度u为0；

在t时刻机械臂末端笛卡尔空间位置可由下式给出

x_{s_t}＝x_{s_t-1}+k_velocity·u·Δt

在主端位置-从端速度映射方式下，从端机器人姿态控制命令离散形式由下式确定：

其中φ_{s_t}∈R^3×1和φ_{s_t-1}∈R^3×1分别表示从端机器人在t时刻和t-1时刻的ZYX欧拉角φ_{s_t-1}∈R^3×1，φ_{m_t}∈R^3×1表示主端设备t时刻的ZYX欧拉角，φ_thread∈R^3×1表示从端机器人末端在笛卡尔空间下的旋转角速度死区阈值，即当主端姿态角位于死区范围内时，从端机器人末端旋转角速度为0，(φ_{s_t})_i＝(φ_{s_t-1})_i。

4.根据权利要求1所述的一种主从异构型遥操作机器人工作空间映射方法，其特征在于，对于两种映射方式的相互切换，将主端omega.7第七个自由度的力反馈模拟开关按钮作为映射方式切换的信号；当按钮被按下时，从端映射命令被切断并保持当前姿态不变，控制主端设备末端自动回到其机械零点附近，然后再使能主端发送给从端的映射命令。