[发明专利]一种基于力反馈的主从异构遥操作工作空间映射方法

说明书

本发明涉及一种基于力反馈的主从异构遥操作工作空间映射方法，属于机械臂遥操作领域。包括获取主端机械臂末端的位置，求得末端位置偏移量；设置位置与速度映射的比例系数；判断是否在位置映射空间，是的话进行位置映射，否的话进行速度映射；从而求出从端机械臂末端偏移量、末端位置，得到从端机械臂各关节角度。本发明方法相比于传统的末端位置‑位置的映射，使用了末端位移量‑位移量映射，使从端的位置映射空间可以覆盖从端全部的工作空间，即在任何位置都可以进行精准的位置映射。

技术领域

本发明涉及一种主从工作空间映射方法，具体地说是一种基于力反馈的主从异构遥操作工作空间映射方法，属于机械臂遥操作领域。

背景技术

随着现代工业技术的发展与革新，很多探索工作和危险环境工作等情况人类无法直接完成，比如水下作业，作业人员本就饱受水下作业的精神压力困扰，人类的身体机能更无法达到长时间的工作，深海更是人类无法直接到达的危险地带。在核工业和化工产业中，在处理核废料和有毒化工废料时，作业人员无法直接与废料接触。因此主从遥操作机器人成为一种有效的解决方案。

在早期的主从遥操作系统中，主端机械臂和从端机械臂有着相同的结构，最早可以追溯到上1952年由美国的Goertz针对处理放射性物质设计的遥操作机器人，采用对称的主从机械臂，这种主端设备和从端设备拥有相同结构的遥操作系统称为主从同构型遥操作系统。随着高速运算设备的发展，实时计算机械臂之间的坐标转换成为现实，不同于主从同构型遥操作机器人系统，主从异构型遥操作机器人系统由于主从结构形式多样，大大扩展了主从设备的可选范围。

对于主从同构机械手来说，即主端机械手和从端机械手有相同的自由度和工作空间，因此主端工作空间中的点和从端工作空间中的点可以很好的一对一的映射，只需进行主端的机械手与从端机械手关节角-关节角之间的控制就可以达到很好的效果。但是，主端由于是人为操作导致主端工作空间大小受到限制，从而导致从端空间大小的限制。随着能够实时执行坐标变换的快速数字计算机的出现，非同构构型遥操作也成为现实。异构机械手主端和从端的工作空间差异很大，所以就需要一种工作空间映射方法使主端工作空间能够覆盖到从端的整个工作空间，并同时执行复杂或者精细的操作任务。

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，本发明提供一种基于力反馈的位移-速度混合映射方法，此方法首要解决主从空间映射不一致的问题，并在此基础上提供一种操作精度与广度兼并的方法，提高遥操作的操作性能，减少操作歧义性与复杂度。

技术方案

一种基于力反馈的主从异构遥操作工作空间映射方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：通过以太网连接主端遥操作机械臂并建立通讯，获取主端机械臂末端的位置x′_m＝(x′_m,y′_m,z′_m)并记录；

步骤2：实时更新当前主端遥操作机械臂末端位置x_m，结合步骤1记录的上一时刻的末端位置x′_m，求得末端位置偏移量Δx_m＝x_m-x′_m；最后更新上一时刻的末端位置x′_m＝x_m；

步骤3：设置位置映射比例系数k_p＝(k_px,k_py,k_pz)使得主端机械臂末端位移量比例映射到从端机械臂末端位移量；从端机械臂末端位移量Δx_s与主端机械臂末端位移量Δx_m满足关系式：