[发明专利]基于虚实力融合的遥操作机器人力觉临场感实现方法

摘要

一种基于虚实力融合的遥操作机器人力觉临场感实现方法，操作者通过主机器人产生主边位置信号x_m，主边位置信号x_m进入通讯时延环境，延时后形成从边位置信号x_s，从边位置信号x_s再进入从机器人，作为从机器人的输入。从机器人输出环境位置信号x_e作用于环境，同时，环境提供给从机器人环境反作用力f_e，从机器人根据环境反作用力f_e输出从边力信号f_s，进入通讯时延环节进行延迟后，输出主边力信号f_m，主边力信号f_m再进入低通滤波器，输出低频力信号f_mwL。主边位置信号x_m的另一路进入虚拟环境，虚拟环境的模型为输出虚拟力信号f_v，虚拟力信号f_v再进入高通滤波器进行处理，高通滤波器输出高频力信号f_vωH。此高频力信号f_vωH与低频力信号f_mwL进行叠加，形成新的主边力信号f_mn，此信号作用主机器人。

主权项

一种基于虚实力融合的遥操作机器人力觉临场感实现方法，其特征在于，包括：主机器人(2)，通讯时延环节(3)，从机器人(4)，环境(5)，虚拟环境(6)，高通滤波器(7)和低通滤波器(8)构成，其中通讯时延环节(3)会对信号造成变化的时延，通过测量获得时延量T(t)，时延量T(t)的值域为1～20，高通滤波器(7)和低通滤波器(8)的截止频率都是通讯时延T(t)的函数且相等，高通滤波器的截止频率为ωH＝kf/T(t)，低通滤波器的截止频率为ωL＝kf/T(t)，kf为调节系数，取值范围为0～1000，具体操作步骤如下：操作者(1)通过主机器人(2)产生主边位置信号xm，主边位置信号xm进入通讯时延环节(3)，通讯时延环节(3)对信号造成变化的时延，通过测量获得时延量T(t)，主边位置信号xm延时后形成从边位置信号xs，从边位置信号xs再进入从机器人(4)，作为从机器人(4)的输入，从机器人(4)输出环境位置信号xe作用于环境(5)，同时，环境(5)提供给从机器人(4)环境反作用力fe，即： f e = m e x · · e + d e x · e + k e x e 其中，me为环境的惯性系数，de为环境的阻尼系数，ke为环境的弹性系数，从机器人(4)根据环境反作用力fe输出从边力信号fs，再进入通讯时延环节(3)，延迟后输出主边力信号fm，主边力信号fm再进入低通滤波器(8)，输出低频力信号fmwL，主边位置信号xm的另一路进入虚拟环境(6)，输出虚拟力信号fv，虚拟环境(6)的模型为： f v = m v x · · m + d v x · m + k v x m = f e + η 其中，mv为虚拟环境的惯性系数，dv为虚拟环境的阻尼系数，kv为虚拟环境的弹性系数，η为虚拟环境模型与真实环境模型之间的误差，该误差与通讯时延环节的时延T(t)成反比，即：η＝α·T(t)其中，α为误差系数，取值范围为0～20，虚拟力信号fv再进入高通滤波器(7)进行滤波处理，高通滤波器(7)输出高频力信号fvωH，此高频力信号fvωH与低频力信号fmwL进行叠加，形成新的主边力信号fmn，此新的主边力信号fmn作用主机器人(2)，主机器人(2)再作用于操作者(1)，使操作者(1)获得力觉临场感。