[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

说明书

本发明公开一种主从异构型遥操作机器人工作空间映射方法，针对主从异构型遥操作主端小范围操作空间难以覆盖从端大范围工作空间以及准确位置定位问题，设计一种主端位置‑从端速度映射以及主端位置‑从端位置映射切换的方法。通过主端位置‑从端速度映射解决工作空间覆盖的问题，通过主端位置‑从端位置映射实现从端精细位置定位，同时克服主端位置‑从端速度映射中无法快速换向运动的缺陷。采用手柄第七自由度的力反馈模拟开关按钮作为两种模式切换的信号。本发明方法实施方便，通用性较强，具有较灵活的操作手感，能够同时满足大范围工作空间覆盖以及局部精细位置定位。

技术领域

本发明属于遥操作机器人控制领域，具体涉及一种基于omega.7手柄的主从异构型遥操作机器人工作空间映射方法。

背景技术

随着近现代工业技术的推进，许多复杂探索和作业环境人类难以到达或者可能会对人类产生致命伤害。得益于机器人技术的发展和工业需求的快速增长，越来越多的机器人被投放到大众的生活场景中，为人类带来了很多的便利，但在复杂、未知、非机构化的场景中实现机器人的完全自主尚是目前未解决的一大难题，而人类对于在此类环境中通过机器人辅助完成任务存在迫切的需求。因此，在利用人类的智能感知以及决策能力的同时，发挥机器人的操作能力，设计一种人在回路的人机交互遥操作系统成为一种可行的解决方案。遥操作机器人不同于传统的自主机器人，一般的遥操作系统由操作者、主端、通信通道、从端和环境5部分组成，操作者根据从端视觉反馈以及机器人状态等信息控制主端设备运动，并将主端的控制命令发送给从端机器人。从端机器人接收到控制命令后，在复杂、危险环境中代替人类完成工作任务。目前，遥操作技术已经被应用于太空探测、核废料分拣、智能防疫等诸多领域。

遥操作系统从结构上来看可分为主从同构和主从异构两种类型。主从异构型结构可方便我们根据实际需求选择合适的主从端设备，更有通用性和实用性，但在此类构型下，遥操作技术中一个关键性的问题是主从端工作空间映射，有时主端和从端工作空间相差几百倍甚至上千倍。这种主从端工作范围的差异会给遥操作系统的开发带来主从端空间匹配上的难题。

主从异构型遥操作系统中常见的工作空间映射方法有常比例映射、变比例映射、速率映射等。当主端和从端工作空间相差很大时，在采用比例映射的情况下，主从端较小的比例系数使得主端运动不能实现从端较大的工作空间覆盖，而较大的比例系数虽然能够尽可能地覆盖从端工作空间，但会使得主端较小的运动导致从端产生较大的偏移量，从端运动定位精度大大降低。速率映射虽然在一定程度上改善了上述缺点，但单纯的速度映射难以胜任精细操作任务，且不能实现快速换向，操作灵活性较差。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于omega.7手柄的主从异构型遥操作机器人工作空间映射方法，既解决了主从端小范围工作空间到从端大范围工作空间点对点的映射覆盖问题，同时又能够保证从端精细操作时的准确定位，操作灵活、通用性强、计算成本低。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

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，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。

进一步的，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)