[发明专利]一种操作场景相关的机器人操作交互过程共享自主控制方法

权利要求书

1.一种操作场景相关的机器人操作交互过程共享自主控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：建立复杂操作环境下机器人操作交互系统建模：

动力学模型：

其中：M_x表示机器人惯性矩阵，C_x表示机器人科氏力离心力矩阵，G_x表示机器人重力矩阵，F_c表示机器人控制力，F_h表示操作人员施加的作用力，F_e表示机器人和环境之间的接触力，x、分别表示机器人运动过程中的位置、速度和加速度；

步骤2：采用模糊逻辑系统方法，构建基于操作场景相关的人-机器人信任度模型：

α＝WΘ(S_s)

其中，S_s分别表示人-机器人遥操作系统场景参数，S_s＝{S_r,S_h,S_e}，S_r、S_h、S_e分别表示机器人参数、人的参数以及环境参数；W表示模糊权重矩阵，Θ表示模糊基函数；

步骤3：将操作场景参数作为输入信号输入到信任度模型中，通过对模糊权重矩阵中的参数W的调节，得到机器人信任度系数α的输出；

将机器人信任度系数α输入机器人的速度指令即得到机器人的共享控制输出：

其中：表示人类施加的任务指令，α表示机器人对人的置信度系数，/表示机器人规划轨迹速度；

步骤4：以任务指令输入步骤1的动力学模型，对操作环境下机器人操作交互系统的机器人进行控制，执行过程中测量计算操作场景参数，送给步骤3重复执行；

所述操作场景参数包括但不限于机器人实际轨迹、机器人与环境之间的接触力和机器人与障碍物之间的距离。

2.根据权利要求1所述操作场景相关的机器人操作交互过程共享自主控制方法，其特征在于：所述步骤1的动力学模型针对典型的人-机器人协作操作系统，模型为质量-阻尼-刚度环境，建立模型过程为：

步骤a：当机器人与环境之间接触时，接触力为：

其中：M_e、C_e、K_e分别表示环境质量、阻尼、刚度参数，F_ec表示机器人和环境之间的接触力，x_e表示环境位置；

步骤b：当机器人未与环境接触但是机器人附近存在障碍物时，利用人工势能原理，机器人与环境之间的虚拟接触力：

其中：R_o表示机器人与障碍物之间的最小安全距离，x_o表示障碍物的位置，Q_o表示权重；

步骤c：机器人与环境之间的广义接触力为：

F_e＝F_ec+F_nc

步骤d：人-机器人-环境交互系统中机器人的动力学模型为：

/

其中，M_x表示机器人惯性矩阵，C_x表示机器人科氏力离心力矩阵，G_x表示机器人重力矩阵，F_c表示机器人控制力，F_h表示操作人员施加的作用力。

3.根据权利要求1所述操作场景相关的机器人操作交互过程共享自主控制方法，其特征在于：所述步骤3的速度指令是以考虑机器人的柔顺控制能力，是利用阻抗控制方法，根据机器人在笛卡尔空间的动态行为：

其中，M_d、C_d、K_d分别表示机器人质量、阻尼、刚度参数，x_d表示机器人期望任务轨迹；

考虑遥操作过程中人的指令和机器人自主指令，机器人最终的速度指令为：

其中，表示人类施加的任务指令，α表示机器人对人的置信度系数。

4.根据权利要求1所述操作场景相关的机器人操作交互过程共享自主控制方法，其特征在于：所述模糊逻辑系统采用Mamdani型模糊控制器。