[发明专利]一种速度型虚拟力反馈动态辅助的空间遥操作方法

摘要

本发明涉及一种速度型虚拟力反馈动态辅助的空间遥操作方法，建立空间遥操作对象和空间环境的仿真模型，构造代表速度型虚拟力反馈的区域，根据遥操作对象末端的位置运动信息，动态地更改速度型虚拟力反馈区域形状的大小和位置，即力反馈区域随位置运动信息实时改变、质心实时依附于遥操作对象末端。根据速度型虚拟力反馈提供的视觉信息，利用图形碰撞检测方法和建立的虚拟力场为空间机器人提供虚拟力反馈信息，以降低因通信时延存在对遥操作的影响，组织遥操作对象的末端与空间环境发生不必要的碰撞，以达到快速、安全地完成空间遥操作任务的目的。

主权项

1.一种速度型虚拟力反馈动态辅助的空间遥操作方法，其特征在于步骤如下：步骤1、构造空间机器人和空间操作环境作为仿真环境：根据表1中所示的D-H参数，基于C++利用三维图形接口软件OSG，构造一个6自由度空间机器人图形模型；基于C++利用三维图形接口软件OSG，构造一个边长为1000mm的正方形作为卫星本体、一对太阳能帆板，作为空间机器人的空间操作环境；表1iα_i-1a_i-1d_i-1θ_i100177902-900090309850049000905-900-76506900007003820表中，i由1到7分别表示空间机器人基座、连杆1到连杆6；α表示连杆的旋转角；a表示相邻两个关节轴的公垂线长度；d表示两个相邻的连杆公共关节轴线之间的距离；θ表示两个相邻连杆公共轴线旋转的夹角；步骤2：在空间机器人末端，构造一个速度型虚拟力反馈区域的球体，球体半径r＝r₀+||V_EE||·T_d，其中，T_d为天地间的单向时延；V_EE为操作对象末端的速度矢量；r₀为速度型虚拟力反馈区域的固定部分半径，包络操作对象末端；步骤3：将速度型虚拟力反馈添加到仿真环境中，使用基于触点代理的方向包围盒层次碰撞检测算法OBB进行碰撞检测，检测空间机器人末端的速度型虚拟力反馈区域，在（T+T_d）时刻操作对象末端运动状态是否与空间环境发生碰撞，并按照以下力场规则，实时生成碰撞力，应用到遥操作控制算法中，生成相应控制力信息；所述速度型虚拟力反馈产生的碰撞力为：ΔP-1=1ΔPx1ΔPy1ΔPzT]]>式中，ΔP∈R^1×3表示当前碰撞点与虚拟力反馈球心的距离向量；k_v为碰撞力的速度系数；k_s为碰撞力的位置系数；V_{EE_r}表示遥操作对象末端与目标之间的相对速度；D_C为碰撞力方向的单位向量；D_v为当前时刻力反馈区域随操作末端运动方向的单位向量；步骤4：将产生的碰撞力应用于遥操作的双边位置速度PD控制算法中，计算公式为：F＝F_g+F_bc+F_fc其中，F表示主手的期望刚度力信息，F_bc＝k_bc·ΔX+b_bc·ΔV，F_fc＝δ·(k_v·V_{EE_r}+k_s·ΔP_-1)，F_g为重力补偿，k_bc表示双边力F_bc的位置系数；b_bc表示双边力F_bc的速度阻尼系数；ΔX、ΔV分别为当前时刻主手和从手位置、速度之间的运动差异；