[发明专利]一种机器人精细遥操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及人机交互技术领域，特别涉及一种机器人精细遥操作方法。 

背景技术

因为人类有自身固有的限制（如身体震颤）和知觉上的限制（主要是对距离和时间的感知），这些限制使得他们不能顺畅精确地执行某些任务。特别是在机器人遥操作方面，这些限制对人类控制机器人遥操作系统产生了一定的消极影响。一些研究已经解决了由这些限制所产生的机器人遥操作控制问题；而一些文献中定义的精神活动的模型表明，人类对选定对象的操纵效率取决于这个对象的大小和人类与选定对象间的距离，目前尚没有合适的方法提出。 

发明内容

本发明的发明目的是针对现有人机交互的技术不足，提供一种机器人精细遥操作方法。 

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为： 

提供一种机器人精细遥操作方法，包括以下步骤：

S1、利用摄像机获取机器人末端执行器的运动视频，通过计算机建立虚拟场景与机器人末端执行器运动真实场景的映射模型；

S2、在虚拟场景中设定目标，并对该摄像机自动定焦进行控制；

S3、自适应修改比例因子。

优选地，所述步骤S1包括：设 为机器人末端在真实场景中的速度向量，为虚拟场景中光标的速度，两者之间的比例因子为s1，那么有： 

（1）；

另外，设为光标的位置，为虚拟场景中放大中心的位置，为机械手末端在真实场景中的位置，其中p为变换平面位置；设虚拟场景受比例因子s2控制，那么对于给定的虚拟场景中的光标位置，有：

（2）；

上述公式对时间t求导，则有s2关于虚拟场景中光标速度和机器人末端在真实场景中速度的关系:

（3）；

其中为平面扩展速度，为机器人末端执行器在真实环境中的速度；当扩展中心确定时，即，由于s2为关于距离的函数,上述公式派生为：

（4）；

上述派生公式（4）表示光标靠近需要处理的区域加速放大快慢；该放大快慢强依赖于s2，而s2又强依赖于；

上述公式（4）写成真实场景中机器人末端执行器的速度与虚拟环境中光标的速度关系：

（5）。

优选地，所述步骤S2包括以下步骤： 

在机器人遥操作中，修改用户计算机界面的可视化比例或改变操作者在工作场景的动作幅度都会对机器人执行任务的时间和精度产生直接的影响；变焦中心必须选择无论是目标与光标都可以保持在虚拟场景中；因此，将该变焦中心选择在需要处理区域，并将光标的位置固定在虚拟场景的中心，有：

（6）

因此，根据上述公式，假设，有：

（7）

优选地，所述步骤S3包括以下步骤：

为了保证在真实场景运动的连续性，s1和s2在其工作范围应不断发展；s2的取值应保证目标与光标落在虚拟场景里面；换句话说，必须确保变焦效果既要保证光标在虚拟场景里面，又要保证目标在虚拟场景里面；根据这些，设距离r的投影距离R定义为：（8）；

是在虚拟场景中的最大距离移动，以防止目标逃离视野；这个区域之外的光标和目标的可视度不再得到保证；

给定输入设备误差和任务误差，有：  （9）；

通常，为了保证速度的连续性，并根据距离进行自适应的变换，定义s2函数为：（10）；其中，和为常数。 

  

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：本发明可以减少操作时间、手部动作与需要的视觉注意力。满足本发明的应用条件的变化会在机器人执行任务的性能、精度和执行时间上有积极的影响。这种转换修改机器人末端执行器的速度，也提高性能。

与其他遥操作系统使用恒定的大比例转换或手动改变缩放因子相比，这些改编是基于一个改进的比例因子，在每一点上提供了最佳的精确速度折中。 

越来越多改进遥操作、补偿不精确的影响和提高效率的需求促进了这个研究。该方法被看作是一个有用的遥操作辅助方法，当机器人在已知环境中，机器人必须由操作者决定它的方向、速度和选择的对象。在这些情况下，由于其任务的复杂性，不能预先编程的任务有：缝合、操纵细胞与显微外科等。而在其他情况可以预先计划的情况下，一个自动化的过程会更有效。 

本发明人中，操作者朝着预期的目标移动机器人，是有助于引导机器人的运动方向和距离的措施，因此它可以提高工作效率。 

附图说明

图1为在真实场景和虚拟场景中连续的两个参考帧通过一个转换平面p相连的示意图。 

具体实施方式