[发明专利]面向遥操作手眼协调的交互控制方法

摘要

本发明公开了一种面向遥操作手眼协调的交互控制方法，用于解决现有人机交互控制方法实用性差的技术问题。技术方案是基于坐标系的转换，操作者通过交换设备控制场景对象运动时，首先将场景对象的位姿由世界坐标系转换到相机坐标系中，然后在相机坐标系中按预期运动加上交互设备的进动量，得到新的相机坐标系位姿坐标，最后将新得到的位姿坐标由相机坐标系转换到世界坐标系中用以控制场景对象的实际运动。本发明实现了遥操作过程的手眼协调，即交互操作的过程中场景对象的运动不受操作者观察场景视角变换的影响，与交互设备的运动一致，降低遥操作难度，实用性好。

主权项

1.一种面向遥操作手眼协调的交互控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、交互设备数据采集，在手控器运动过程中，等时间间隔采集手控器的实时位置信息P_cⁿ；将采集到的手控器实时位置信息P_cⁿ与前一时刻位姿信息P_c^n‑1作差得到手控器进动量ΔP；将进动量ΔP按照ΔP₀＝k*ΔP映射为机械臂末端的初始运动指令ΔP₀，其中，k为操作比例系数；ΔP₀＝k*ΔP  (1)步骤二、结合交互操作坐标系到相机坐标系的转换矩阵R_x，对初始运动指令ΔP₀进行转换处理，得到相机坐标系中的运动指令ΔP₁；ΔP₁＝ΔP₀*R_x  (2)步骤三、结合相机坐标系在世界坐标系的位姿矩阵C，对相机坐标系中的运动指令ΔP₁进行转换处理，得到世界坐标系中的运动指令ΔP₂；在交互过程中，操作者观察到的视景由相机在世界坐标系中的位置姿态决定，而相机的位置姿态矩阵取决于三个要素：即相机视线方向、相机中心的位置、相机的正向朝向，这三个要素就能确定相机在世界坐标系中的位置姿态；当观察视角转换时，本质是相机在世界坐标系中的位置姿态发生了变化，相机坐标系在世界坐标系中的方向也随之发生变化；将步骤二中得到的运动量从相机坐标系转换到世界坐标系，需要用到相机矩阵的逆矩阵C^‑1；此外，由于交互设备用动量矩阵为1x3矩阵，因此需要构建一个1x4的矩阵D；D＝[ΔP₁ 0]  (4)ΔP₂＝DC^‑1  (5)步骤四、将世界坐标系中的运动指令ΔP₂通过运动映射得到机械臂末端的最终运动量ΔP₃，生成整个交互过程的遥操作指令；将步骤三得到的世界坐标系运动指令ΔP₂展开得到ΔP₂为1x4矩阵，其前三列元素为场景对象末端的最终运动量，通过运动映射取ΔP₂前三列元素生成ΔP₃，简化表示如下：ΔP₃＝[Δx Δy Δz]  (6)其中，Δx、Δy、Δz分别表示场景对象末端在世界坐标系中三个坐标轴方向的运动量，至此，用以实现手眼协调的遥操作指令生成；步骤五、利用步骤四生成的遥操作指令驱动机械臂运动，实现手眼协调；场景对象末端的实时位置记为P_jⁿ，下一时刻的位置为P_jⁿ⁺¹，则通过场景对象实时末端位置驱动场景对象运动，实现遥操作过程的手眼协调。