[发明专利]虑及操纵意图的人机协同规划和操控方法

说明书

本发明涉及一种虑及操纵意图的人机协同规划和操控方法，属于力/触觉反馈的遥操纵领域，用于降低因物理限制造成的操控性差以及操纵员操纵水平低而导致出现一些非本意的操纵误差。所述方法包括下述步骤：获取操纵员t个时刻的操纵力以及对应的目标位置；将操纵力视为观测值，将对应的目标位置作为操作意图，将操作意图视为状态，建立隐式马尔科夫模型；通过使观测值序列的对数似然估计极大化求解模型，从而估计t+1时刻的操作意图；根据估计的t+1时刻的操作意图转换为t+1时刻的预期目标位置；控制特种装备到达所述预期目标位置。通过增加“人在回路”的规划和控制，大大提高了特种装备在复杂环境下的安全作业。

技术领域

本发明涉及力/触觉反馈的遥操纵领域，具体涉及一种虑及操纵意图的人机协同规划和操控方法。

背景技术

在特种装备安全作业中，机器人化和智能化是特种机械的发展趋势，但是受制于当前技术水平的制约，全自主的无人装备并不能适用于所有的任务工况，在复杂、多变和不可预知的环境下，仍需要依赖人类的决策和远程操纵。力/触觉交互作为遥操纵机器人的关键技术，提高了操作人员对现场作业环境的感知能力。

从现阶段国内外相关研究可以看出，对于复杂环境中依靠操作人员手动遥控的特种装备而言，基于力/触觉引导的人机共享控制方法可通过操纵装置的运动规划产生对人手主动的“推曳”效果，进而辅助操作人员的操纵行为。该方法可有效提高作业效率与安全，并降低对操作人员熟练程度的要求，是一种智能化程度更高的人机协作模式。但是目前的遥操纵机器人所普遍采用的技术实质上是一种“人手先施力，而后产生反力”的“被动式”力觉感知和人机交互模式，其智能化水平有待提高。

由于物理限制造成的操控性差以及操纵员操纵水平低，操纵员在利用手柄完成遥操纵任务时，经常会出现一些“非本意”的操纵误差，给远端车辆造成错误指挥。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的在于提出了一种用于特种装备且虑及人类操纵意图的人机协同操控方法，提高特种装备遥操纵技术的智能化水平。所述方法对操纵员的操纵意图进行估计，然后引导从端移动设备移动到意图对应的预期目标位置。通过增加“人在回路”的规划和控制，大大提高了特种装备在复杂环境下的安全作业。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。

第一方面，本发明提出一种虑及操纵意图的人机协同规划和操控方法，所述方法包括下述步骤：

获取操纵员t个时刻的操纵力以及对应的目标位置；

将操纵力视为观测值，将对应的目标位置作为操作意图，将操作意图视为状态，建立隐式马尔科夫模型；

通过使观测值序列的对数似然估计极大化求解模型，从而估计t+1时刻的操作意图；

根据估计的t+1时刻的操作意图转换为t+1时刻的预期目标位置；

控制特种装备到达所述预期目标位置。

上述技术方案通过对下一时刻操纵员的操纵意图进行估计，将估计的操纵意图转换为预期目标位置，控制从端设备在复杂环境下的安全作业，降低一些“非本意”的操纵误差，给远端车辆造成错误指挥。

在上述技术方案中，将操纵力视为观测值，将对应的目标位置作为操作意图，将操作意图视为状态，建立隐式马尔科夫模型，包括：

将人手操纵力在极坐标系下可表示为f_h＝(η(t)，θ(t))，其中，η(t)表示t时刻操纵力的大小，θ(t)表示t时刻操纵力的方向；

所述极坐标系的原点位于从端特种车辆后轴中心点，将操纵力的方向作为极轴方向，将操纵力的大小作为极径ηt；

基于操纵力所生成的从端特种装备的参考速度