[发明专利]基于主端机的力反馈控制器校正反馈力的方法

说明书

技术领域

本发明涉及远程主从遥操作系统操作机器人控制技术领域，尤其涉及有时延和力反馈的主从遥操作系统主从机器人控制技术中基于主端机的力反馈控制器校正反馈力的方法。

背景技术

主从遥操作系统的工作模式是可以将人手延伸到人类很难到达或是对人有害的环境中去执行任务。主从遥操作系统即在主端机操作者操作主端机处的机器人进行一个动作，在远处任务现场从端机处的机器人跟随主端机处的机器人进行相同的动作，并与任务现场的环境接触，为了使操作者有身临其境的感觉，需要将从端机处的机器人与环境交互的信息传递到主端机上，让操作者感知到。如果从端机处的机器人与主端机处的机器人速度及受到的反馈力是完全一样的，则相应的遥操作是透明的。由于主从遥操作系统操作机器人之间通过网络连接，其间的数据通信存在有一定的时延。这种时延会引起带力反馈的主从遥操作系统不稳定。

在实际应用过程中，尤其是从端机器人在水下作业或从端机器人与环境交互时，从端机处的机器人受到的作用力通常是阻碍其运动的。如果主从遥操作系统完全透明，主端机与从端机各处的机器人的运动和受到作用力与从端机处的机器人完全一致，因此传递到主端机的作用力与其处的机器人的运动方向也相反。但在实际应用中由于网络数据传输存在时延，传递到主端机处的机器人上的作用力可能不是阻碍其运动，而与其运动方向相同，这样就使本来是负反馈的控制变成正反馈，造成整个遥操作系统的不稳定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种基于主端机的力反馈控制器校正反馈力的方法，旨在解决反馈到主端机滞后的反馈力致使主端机产生不正确运动，造成主从遥操作系统不稳定的技术问题。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：

设计一种基于主端机的力反馈控制器校正反馈力的方法，所述力反馈控制器进行力反馈的校正包括如下步骤：设定v_m为主端机检测到的主端机器人的速度，                                                为从端机传递到主端机的作用力；

①   力反馈控制器接收主端机器人的速度信号v_m及从端机传递到主端机的作用力信号；

②   力反馈控制器判断接收到的传递到主端机的作用力和主端机器人的速度v_m一致时，力反馈控制器将作用力过滤掉；不一致时进行步骤③；

③   力反馈控制器判断接收到的传递到主端机的作用力和主端机器人的速度v_m不一致时，力反馈控制器将作用力保持不变输出。

所述步骤②、③相应的力反馈控制器按下式执行：。

本发明的有益效果在于：

本发明在主从遥操作系统的主端机上设计一个力反馈控制器，它根据主端机反馈的运动方向和从端机反馈到其上的作用力方向判断引起系统不稳定的反馈力是否需要过滤当前时刻的反馈力；其的优点在于不需要测量和估算操作者施加的力，仅需要确定传递到主端机的作用力和主端机的运动速度即可。在实际应用中本发明的力反馈控制方法很容易实现，且能够在保证系统稳定的同时，提高主从遥操作系统的透明性；而且解决了有时延条件下主从遥操作系统中由于反馈力引起的系统不稳定问题，在提高主从遥操作系统稳定性的同时，改善了主从遥操作系统的透明性。且能应用于在任意时延下的主从遥操作系统操作机器人与环境接触时的控制，包括地面精确实时遥控太空或深海的机器人或机器臂完成异物清除，设备修理等操作。

附图说明

图1为基于本力反馈控制器的校正方法所设计的主从遥操作系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

实施例：一种基于主端机的力反馈控制器校正反馈力的方法；该方法应用于的主端机包括主端机器人、主端机器人内部的主端控制计算机及力反馈控制器；从端机包括从端机器人、从端机器人内部的从端控制计算机及从端速度跟踪控制器；主端机与从端机建立网络通信。

所述力反馈控制器进行力反馈的校正包括如下步骤：设定v_m为主端机检测到的主端机器人的速度，为从端机传递到主端机的作用力；

①力反馈控制器接收主端机器人的速度信号v_m及从端机传递到主端机的作用力信号；