[发明专利]一种基于操控行为检测的机器人遥操作轨迹规划方法

说明书

本发明涉及一种基于操控行为检测的机器人遥操作轨迹规划方法，属于机器人与人交互的技术领域。首先，建立遥操作机器人的人机交互的模型，基于理论分析与参数确认，由滑模控制与神经网络技术对人类操作行为进行检测与估计，将获得的操作行为应用于期望轨迹跟踪更新，控制遥操作机器人根据形成的新的参考轨迹运动，使得在进行遥操作机器人人机交互的过程中，操作人员通过交互行为可以感知到期望的阻抗特性。本发明通过检测、评价与重构主端的人类操作行为，以操作人员的行为牵引，主动兼容不确定性及扰动对人操控行为的影响，将其视为主动的贡献，设计并更新从端的期望轨迹，达到提升主从行为一致性的效果，提高轨迹跟踪的效果。

技术领域

本发明属于机器人与人交互的技术领域，更具体地涉及一种基于模糊控制器分配控制权重，融合视觉伺服和人机交互控制的机器人混合控制方法。

背景技术

机器人遥操作是一种可以将本地操作人员与机器人交互的意图与行为向远端操作现场延伸的技术。机器人遥操作技术方案能够有效整合人类智慧行为与机器人精准执行能力，对于提高远端机器人执行任务的成功率意义重大。人在回路的机器人遥操作系统的另一优势在于可以利用人类丰富的经验决定远端机器人与环境交互的策略，可以通过弱化远端机器人行为“智能性”，在保持其一定的自主能力前提下，极大程度降低了为提升或保障“智能性”而开销的感知成本。这种通过本地人类感知以取代远端传感器系统的方案，也存在一定的不足，一个较为关键的缺陷便是人类操作行为的检测与评价从简单的传感器测量问题，转化为复杂状态估计问题，增加了系统设计的复杂度。进一步地，由于闭环系统的不确定性与人类操作行为常常混淆，会造成操作行为形成的引导轨迹隐含闭环系统不确定性的影响。由于这一不利影响的存在，常规的传感器检测获取的规划轨迹精度较低。

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，本发明提出了一种基于操控行为检测的机器人遥操作轨迹规划方法。

技术方案

一种基于操控行为检测的机器人遥操作轨迹规划方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：建立遥操作机器人的人机交互模型

考虑遥操作机器人的笛卡尔空间动力学：

其中，表示是机器人效应器末端的笛卡尔三维空间向量，代表运动轨迹，是机器人效应器末端的笛卡尔空间的惯量矩阵，表示科氏力矩阵，是笛卡尔空间的重力项，是容许控制，能够保证系统状态稳定，表示操作行为，表示来自环境的扰动；利用如下的表述，

f_M是主动兼容环境扰动的广义力，是操作人员受到环境力反馈后采取的综合操作行为，也是操作人员在环境扰动作用下进行主动操作的综合描述；

根据公式(2)中的变量转换，将公式(1)得到转化为常规的二阶系统：

其中，ξ₁＝(x₁,x₂,x₃)^T表征状态轨迹，是系统可以直接测量得到的，而无法直接测量，x₁,x₂,x₃分别为三轴位移，分别为三轴速度；

步骤2：基于滑模控制与神经网络构建操控行为检测与评价系统

考虑如下的状态估计系统：

其中，滑模面由估计的偏差及构成，而ξ₂'表示状态的欧拉差分，满足