[发明专利]一种空间遥操作虚拟环境模型的在线修正系统及方法

说明书

本发明公开一种空间遥操作虚拟环境模型的在线修正系统，包括操作者、主端机器人、主端虚拟环境模型、从端机器人、检测修正模块和环境参数在线辨识模块。本发明还提供一种方法，虚拟环境模型输出力信号经通讯时延后，形成从端虚拟环境模型输出力信号；主端位置信号经通讯时延延迟后，形成从端位置信号，驱动从端机器人，产生真实环境输出力；从端机器人将从端机器人真实位置信号与真实环境输出力输入检测修正模块；需要修正主端虚拟环境模型时，环境参数在线辨识模块根据输入的真实环境输出力与从端机器人真实位置信号，更新主端虚拟环境模型参数；重复，保证主端重构的虚拟环境模型与从端真实环境一致。此种技术方案可提高系统的透明度和稳定性。

技术领域

本发明属于机器人控制技术领域，特别涉及一种空间遥操作虚拟环境模型的在线修正系统及方法。

背景技术

遥操作技术在高精度装配、空间探索、外科手术等诸多领域都有广泛的应用。以主-从遥操作机器人为核心的临场感遥操作系统可以在高温、高压、强辐射、窒息等极限环境中，完成复杂的作业任务。

由于操作者位置与作业位置之间存在通讯时延，操作者无法及时获取从端机器人与真实环境交互的作用力，让操作者感知作业环境的难度加大，降低了操作者的临场感。同时，操作者所感受到的主端虚拟环境模型，大多根据先验知识建立，与真实的环境模型存在一定误差。

在主端重构一个与从端真实环境一致的虚拟环境模型，对从端机器人与真实环境的作用力进行预估，是实现遥操作临场感的有效手段。在空间遥操作虚拟环境模型的在线修正方法中，从端通过选择合适的在线修正策略，根据从端机器人实时获得的真实作用力信号，通过BP神经网络和遗忘算子，辨识出从端的环境参数(环境质量、刚度系数、弹性系数)，用于更新主端的虚拟环境，提高主端虚拟环境模型的准确度，给主端操作者提供实时的虚拟反馈力，提高操作者的临场感，克服时延的影响，能让操作者正确地感知作业环境，提高系统的稳定性。

然而，主端重构的虚拟环境模型的精确程度，极大影响操作者对于作业情况的判断，因此，针对空间遥操作系统中主端重构的虚拟环境模型与从端真实环境不一致的问题，研究空间遥操作虚拟环境模型的在线修正方法具有极其重要的现实意义，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种空间遥操作虚拟环境模型的在线修正系统及方法，其可提高主端操作者对从端真实环境的感知能力，提高系统的透明度和稳定性。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种空间遥操作虚拟环境模型的在线修正系统，包括操作者、主端机器人、主端虚拟环境模型、从端机器人、真实环境、检测修正模块和环境参数在线辨识模块，所述主端机器人用于将主端位置信号发送给主端虚拟环境模型，主端虚拟环境模型根据主端位置信号预估虚拟环境模型输出力信号，并将主端位置信号经通讯时延后驱动从端机器人运动；所述检测修正模块根据经通讯时延后的虚拟环境模型输出力信号与真实环境输出力，判断是否需要修正主端虚拟环境模型；所述环境参数在线辨识模块根据真实环境输出力与从端机器人真实位置信号，辨识出环境模型参数，经通讯时延后输入主端虚拟环境模型；所述主端虚拟环境模型根据所述环境模型参数更新主端虚拟环境模型参数。

一种空间遥操作虚拟环境模型的在线修正方法，包括如下步骤：

步骤1，主端机器人将主端位置信号x_m(t)发送给主端虚拟环境模型，用于预估虚拟环境模型输出力信号f_m(t)；建立的主端虚拟环境模型针对虚拟环境进行动力学修正；

步骤2，主端位置信号x_m(t)经通讯时延T延迟后，形成从端位置信号x_m(t-T),用于驱动从端机器人运动；虚拟环境模型输出力信号f_m(t)经通讯时延延迟后，形成从端虚拟环境模型输出力信号f_m(t-T)，作为检测修正模块的输入，用于与真实环境输出力f_s(t-T)比较；