[发明专利]基于虚实力融合的遥操作机器人力觉临场感实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及控制技术，特别地，涉及一种基于虚实力融合的遥操作机器人力觉临场感实现方法。

背景技术

在力觉临场感遥操作机器人系统中主边向从边发送位置信号，从端将力信号反馈给操作者，这样就构成了一个操作闭环。这一操作闭环中如果没有时延的存在则是稳定的。但是，由于力觉临场感遥操作机器人系统通常应用于太空、深海等远距离遥控的场合，从机器人和本地操作者之间的通讯时延往往成为影响遥控作业系统正常工作的突出问题。为了克服时延的影响人们提出了很多方法，主要可以分为两类：1.从控制算法着手，如基于无源理论的控制方法，以及以后围绕无源理论的改进等；2.利用虚拟现实技术，建立远端环境的三维几何模型以及动力学模型，主端直接和没有时延的三维模型交互，通过三维模型来预见显示从端的操作过程，以此来克服时延带来的影响。其中准确的模型是保证遥操作有效克服大时延影响，高质量地完成任务的前提条件，但由于环境事先未知或部分未知，现有的虚拟预测环境建模方法均存在一定的误差，这种误差会随着时延的增大而增大，从而造成系统难以稳定操作。如何减小通讯时延对系统稳定性的影响，提高系统的稳定性和透明性事先在遥操作机器人系统的主要研究方向。

另外，实际的遥操作系统中，时延通常是不断变化的，其通讯过程中的传输带宽是有限的，这些都给这个遥操作系统的控制带来了更多的挑战。尤其是在变时延情况下对突变信号的获取是至关重要的，因为突变信号往往是从机器人与环境相互作用的信号或者是从机器人状态发生变化的信号，所以这关乎整个遥操作作业的安全性，也是操作者能够做出及时的反应的重要前提。

发明内容

本发明提出了在遥操作机器人系统中使用虚实力融合的技术，利用虚拟环境提供虚拟力信号，利用高通滤波器和低通滤波器对虚拟力信号以及从边的反馈力信号进程处理，获得一个由无时延的高频力信号与有时延的低频力信号相融合的反馈力信号，最终使操作者获得力觉临场感。

基于虚实力融合的遥操作机器人力觉临场感实现方法包括：主机器人，通讯时延环节，从机器人，环境，虚拟环境，高通滤波器和低通滤波器构成，其中通讯时延环节会对信号造成变化的时延，通过测量获得时延量T(t)，时延量T(t)的值域为1～20秒，高通滤波器和低通滤波器的截止频率都是通讯时延T(t)的函数且相等，高通滤波器的截止频率为ω_H＝k_f/T(t)，低通滤波器的截止频率为ω_L＝k_f/T(t)，k_f为调节系数，取值范围为0～1000，当截止频率需要较大时，k_f取较大值；当截止频率需要较小时，k_f取较小值。

具体操作步骤如下：

操作者通过主机器人产生主边位置信号x_m，主边位置信号x_m进入通讯时延环节，通讯时延环节会对信号造成变化的时延，通过测量获得时延量T(t)，主边位置信号x_m延时后形成从边位置信号x_s，从边位置信号x_s再进入从机器人，作为从机器人的输入，从机器人输出环境位置信号x_e作用于环境，同时，环境提供给从机器人环境反作用力f_e，即：

fe(t)=mex··e+dex·e+kexe]]>