[发明专利]一种基于相对阻抗的双臂遥操作自适应控制方法

说明书

本发明涉及一种基于相对阻抗的双臂遥操作自适应控制方法，通过分别设计主从端的控制器，在从端机械臂的控制过程中，通过相对阻抗的方法，实现辅助操作臂对主要操作臂的主动配合，从而在从端环境在一定范围内发生变化的情况下，可以适用于从端机器人不能完全的跟踪主端操作者的运动的情况，从端机器人根据主端操作者的协同效果和从端环境的变化，自适应的调整自身的位置、速度和作用力，从而实现双臂遥操的配合操作。

技术领域

本发明属于空间遥操作领域，涉及一种基于相对阻抗的双臂遥操作自适应控制方法。

背景技术

随着空间探测的深入，大量的航天器面临在轨维护、组装和拆解的难题，不同航天器的在轨维护任务及运行监制等需求也日趋复杂和多样，遥操作技术作为一种远程操控技术，为空间在轨操作和维护提供了一个相对安全和简单、低成本的操作方式。在遥操作系统中，人类通过人机交互界面、通信网络和远程机器人实现和远程环境的交互，实现对远端机器人的操控。空间操作的任务复杂度逐步提升，在空间装配、卫星和其他航天器的设备维修、空间生产和实验中需要越来越多的协同操作、多机配合。以空间站为例，其中就涉及到狭小空间环境复杂作业，舱外各关键部位，关键设备运行状态的及时监测、预警、部件更换乃至维修维护等任务，但是由目前单个机械臂执行特定任务的方式难以满足这种复杂空间任务的需求，而采用多个机械臂协同操作的方式不仅可以满足任务的需求，而且具有操作效率高，操作范围大，负载能力强的优点。

采用多机械臂遥操作的方式完成空间在轨任务，其难点在于如何让空间机械臂像人一样的完成配合，尤其是在双机械臂与操作对象存在力接触操作的时候，机器人需要在人的指引下根据环境的不同适当的自行调整，以保证操作的可靠性。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于相对阻抗的双臂遥操作自适应控制方法，针对在双臂遥操作协同控制过程中，从端机械臂受到环境变化和其他操作臂操作效果的影响，容易导致双臂的协同效果较差的问题。

技术方案

一种基于相对阻抗的双臂遥操作自适应控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：建立双人双手操作的动力学模型

其中，M_mi为主手i的惯性矩阵,为主手i的向心力和科式力，G_mi(q_mi)为主手i的重力参数，i＝1,2；d_mi(t)为主手i在t时刻的扰动项，F_msi(t)表示t时刻的控制力，F_hi(t)表示主手i操作者作用在末端点的作用力，表示主手i的雅克比矩阵，M_si为从手机械臂i的惯性矩阵，为从手机械臂i的向心力和科式力，G_si(q_si)为从手机械臂i的重力参数，i＝1,2；d_si(t)为从手i在t时刻的扰动项，F_csi(t)表示t时刻的控制力，F_si(t)表示从手i操作者作用在环境的作用力表示从手i的雅克比矩阵，和分别表示主手i在关节坐标系下的角度、角速度和角加速度，和分别表示从手i在关节坐标系下的角度、角速度和角加速度，由于在空间环境下，受到发射过程和地球重力的影响，参数M_si、和G_si(q_si),i＝1,2，相比于地面测量的参数都会发生一定的变化，所以令和其中和分别表示对参数M_si、C_si和G_si的初始估计值，令表示机器人系统动力学的不确定项；

步骤2：主手控制器设计

定义γ_i＝q_si(t-T)-q_mi(t),其中，T表示主从端的通信时延，定义则主手i的控制器设计为：