[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

说明书

本发明涉及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，对复杂操作环境下机器人操作交互系统建模，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；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；以任务指令x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。本方法可以很好地用于不同操作场景下人‑机器人遥操作控制权重调节的问题。在满足任务要求的前提下可以调节人‑机信任度系数，进而调节人‑机器人各自控制权重，且该算法可以推广到不同的操作场景，具有重要的实践意义和工程应用价值。

技术领域

本发明属于人-机器人协作操作控制领域，涉及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，具体内容为针对不同操作场景下人-机器人协作操作任务难以求得人-机器人的共享控制权重的问题。

背景技术

遥操作机器人是一个复杂的人机交互系统，受目前智能化水平的限制，如何整合人类操作者的智能性和机器人系统的自主性是当前研究热点。因此，本发明设计实现一种人、机器人共享对遥操作机器人控制权的控制算法。在本地操作或远程操作中引入自主性以帮助用户执行任务被研究界称为“共享控制”。共享控制保证了操作员在不同领域的更精确、更有效和持续的性能。例如，共享控制可以使外科机器人在传递外科医生的操作时减少震颤，帮助瘫痪患者执行支撑动作等等。这一领域的研究使机器人能够利用来自用户的广泛控制信号，包括通过控制接口输入到大脑-计算机接口，并促进复杂场景中不同级别的共享控制。

共享控制允许人和机器人之间通过组合他们的命令来完成一项紧密交互的任务，通过不同控制模式切换组合，形成人在回路的智能控制，提升系统的灵活性，也兼顾了机器人的精准操作能力。使用共享控制方法，机器人允许用户从远程操作其运动，并弥补了缺乏本地人类知识的不足。

目前机器人共享控制增益的计算方法单一，无法根据不同的操作场景做出不同的反应，缺乏灵活性。高水平智能的标志之一就是灵活性，人类可以根据不同的操作场景，比如不同的目标、环境和内部状态，对相同的刺激做出不同的反应。而机器人目前还缺乏灵活性，无法在不同的任务场景下，针对特定的传感器输入，做出不同的反应。本专利将把基于人-机器人信任度建模的方法引入到人-机器人遥操作控制中，使机器人具备在不同操作场景下自适应调节自主控制增益的能力，对于提高协作机器人的任务认知能力和自然交互能力具有重要的意义，且目前尚未见到这方面的研究。

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，围绕如何提升复杂、动态环境下机器人操作交互效能的问题，本发明提出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。

技术方案

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)