[发明专利]一种带虚拟约束力的遥操作系统控制方法

说明书

本发明属于机器人遥操作系统技术领域。本发明公开了一种带虚拟约束力的遥操作系统控制方法，以点到点的位置差产生虚拟力，解决现有技术置跟踪误差大的问题。本发明一种带虚拟约束力的遥操作系统控制方法，包括以下步骤：主机器人操作从机器人移动到目标物的一定范围内时，将此时从机器人末端执行器实际位置B与任务位置A的位置差映射至主机器人端；通过虚拟弹簧产生虚拟力信号，该力信号反馈到主机器人并经过主机器人形成虚拟约束力以所述虚拟约束力约束操作者的操作。本发明简化了系统结构，节约了设备成本，能够缓解操作者的操作负担，增加系统的准确性，提高机器人执行任务的能力，提高遥操作系统的实用性。

技术领域

本发明属于机器人遥操作系统技术领域，涉及机器人控制技术，特别涉及一种带虚拟约束力的遥操作系统控制方法。

背景技术

机器人遥操作系统将人的经验智慧与机器人的优势相结合，实现了人的行为能力的延伸，从而广泛应用于危险或复杂环境下的工程实践。采用带虚拟约束力的遥操作系统控制方法，简化了系统结构，节约了设备成本，缓解操作者的操作负担，增加了遥操作系统的准确性，为遥操作系统的工程应用提供了很好的技术支持。

文献“Abbott J,Okamura A.Stable forbidden-region virtual fixtures forbilateral telemanipulation.Journal of Dynamics Systems MeasurementControl,2006,128(1):53-64.”针对遥操作系统中在目标区域内虚拟夹具(即末端执行器)的稳定性问题，提出了一种虚拟夹具稳定性状态分析方法，来进行系统评估。文献“Maddahi Y,Zareinia K,Sepehri N.An augmented virtual fixture to improve task performancein robot-assisted live-line maintenance.ComputersElectrical Engineering,2015,43(C):292-305.”以虚拟夹具的概念为基础，设计了一种增强型的虚拟夹具，以在遥操作系统的带电作业维护任务中减小主从机器人的位置跟踪误差，改善机器人遥操作系统的任务性能。在这些相似的研究中，对于虚拟夹具在遥操作系统中的应用和研究均做出了一定贡献，其主要思想是通过主机器人与理想轨迹的位置差产生虚拟力，以修正从机器人的运动轨迹，使其按照指定轨迹运动。

受到其原理的限制，传统方法只能用于主从机器人位置跟踪时，修正机器人的运动轨迹，对于具体的任务点进行夹持等操作时，缺乏良好约束效果，缺乏专门对具体的任务点的虚拟力约束方法，无法很好地作用于指定的具体目标点，因此当针对具体的目标点作用时，其精确性还需要进一步提高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种带虚拟约束力的遥操作系统控制方法，以点到点的位置差产生虚拟力，解决现有技术置跟踪误差大的问题。

为了实现上述目的，根据本发明具体实施方式的一个方面，提供了一种带虚拟约束力的遥操作系统控制方法，包括以下步骤：

主机器人操作从机器人移动到目标物的一定范围内时，将此时从机器人末端执行器实际位置B与任务位置A的位置差映射至主机器人端；

通过虚拟弹簧产生虚拟力信号，该力信号反馈到主机器人并经过主机器人形成虚拟约束力

以所述虚拟约束力约束操作者的操作。

进一步的，所述虚拟约束力表示为：

所述一定范围内是指从机器人末端执行器实际位置B与任务位置A的位置差大于以任务位置A为中心的区域范围L，小于设定的以任务位置为中心最大区域范围L₁，即：

进一步的，所述实际位置B表达式为：