[发明专利]一种基于混合现实的机器人遥操作控制方法

说明书

本发明公开了一种基于混合现实的机器人遥操作控制方法，提出两种操作模式，粗操作模式(CMM)和精细操作模式(FMM)，两种操作模式的结合有助于机器人的平稳运动；在两种操作模式基础上，又提出一种基于模糊逻辑的控制算法来调整机器人的位置、速度和力，并更新其工作空间，以处理潜在的操作故障，提高机器人的机动性；最后提出一种障碍李雅普诺夫函数(BLF)解决系统状态受限问题，设计与之对应的机器人控制率来保证基于混合现实遥操作系统的稳定性。本发明可以提供更好的临场感，并且在多个方面具有提高机器人操作性能的潜力。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种机器人遥操作控制方法。

背景技术

遥操作技术是一种在远距离跨度的约束下，为实现人与机器人同步交互的需求，通过信息化手段帮助人类实现感知和行为在远端延伸的方式。目前已经在深空、深海探测，核废料处理以及远程手术等领域得到广泛地应用。在实际的遥操作系统中，即便达到较为理想的位置和力追踪，遥操作系统也很难在不考虑环境和机器人的可视化情况下执行远程的任务。在一些不太复杂的情形中，利用静态摄像机和监视装置提供单视觉反馈，由于缺乏立体视觉和视差效应，该方法严重限制人类对于距离的感知，从而很大程度上降低了遥操作系统的临场感。

为了强化人类的场景意识，同时打破远距离的物理限制，虚拟现实(VR)作为一种有前景的技术被应用在遥操作系统中。它为操作者提供了对机器人和环境的沉浸式视觉反馈。然而基于虚拟现实的遥操作系统没有任何的触觉反馈或者物理结构，其可操作性较差，特别是在一些需要精细遥操作的场景中会出现操作失误的情形。

针对传统方法和VR技术的不足，基于混合现实的遥操作系统应用而生，可以提供更好的临场感，并且在多个方面具有提高机器人操作性能的潜力。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于混合现实的机器人遥操作控制方法，提出两种操作模式，粗操作模式(CMM)和精细操作模式(FMM)，两种操作模式的结合有助于机器人的平稳运动；在两种操作模式基础上，又提出一种基于模糊逻辑的控制算法来调整机器人的位置、速度和力，并更新其工作空间，以处理潜在的操作故障，提高机器人的机动性；最后提出一种障碍李雅普诺夫函数(BLF)解决系统状态受限问题，设计与之对应的机器人控制率来保证基于混合现实遥操作系统的稳定性。本发明可以提供更好的临场感，并且在多个方面具有提高机器人操作性能的潜力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1：所述控制方法包括粗操作模式CMM和精细操作模式FMM；CMM模式用于机器人远距离大范围运动；FMM模式用于小范围的精细运动；CMM模式和FMM模式通过机器人控制软件的虚拟按钮进行切换；

步骤2：机器人方向控制规则；

在CMM模式下，操作者通过机器人控制软件的虚拟代理确定机器人移动方向；在FMM模式中，当前的参考方向^oX_str恒定为机器人移动方向；

步骤3：机器人位置控制规则；

步骤3-1：采用一种基于模糊逻辑的方法定义FMM模式中的位置控制规则；

设X_r1代表机器人控制软件交互代理中心的位置，X_r3代表机器人末端执行器X_s的当前位置，X_r2是机器人移动路线和目标的交点，同时定义机器人控制软件交互代理和机器人位置之间的误差为：

e_p(t)＝X_r1(t-T)-X_o(t)

其中T代表时延，X_o(t)代表机器人的初始位置；