[发明专利]用于遥操作并联机械手的主从双向控制方法及其控制系统

说明书

本发明涉及一种用于遥操作并联机械手的主从双向控制方法及其控制系统，其包括以下步骤：S1、构建机械手的主从双向控制系统；S2、通过主端机械手对从端机械手进行主动正向控制；S3、通过从端机械手对主端机械手进行从动反向控制。本发明从端机械手采用速度信号控制，不仅响应快速、控制精度高，平衡了从端机械手的阻尼和惯性力，还可以使得操作者能够获得更加真实的力觉临场感，同时从端机械手驱动采用自锁控制，当从端机械手处的负载大于主端机械手的主端力时，从端机械手锁死且无法反向移动，进而减小了对主端机械手的冲击和抖振。继而可以实现复杂环境下的并联机械手的遥操作高效作业。

技术领域

本发明属于遥操作机器人技术领域，特别涉及一种用于遥操作并联机械手的主从双向控制方法及其控制系统。

背景技术

遥操作并联机械手具有高精度、高刚性、体积小等特点，在深海作业、宇宙探索、大功率研磨、民用易爆危险品处理等领域具有广泛应用。其中以六自由度和三自由度并联机械手的应用最为广泛。由于六自由度并联机械手多了三个转动自由度，位姿解算复杂，不适合用于高速运动机器人系统。因此研究运动可解耦、具有三平动自由度的并联机械手运动控制具有重要意义。

现有的主-从双向伺服控制方法大多采用主端机械手位移控制从端机械手位移，进而将从端机械手的干涉力直接反馈回主端机械手的策略。操作过程为移动主端机械手，等待从端机械手运动停止后，再执行下一步操作，响应速度慢、控制精度低；当抓取大刚度物体时，直接反馈力会对主手产生冲击的问题，降低力觉临场感和操作效率。中国专利CN200820072288.3中公开的两自由度位置反馈型双向伺服手控器控制系统，该控制系统在考虑抓取大刚度物体时，减小对主端机械手冲击的同时，从端机械手会产生反向位移，降低位置控制精度。因此，需要设计一种新的三自由度并联机械手主从双向控制方法，对于提高机械手的控制精度，响应速度等具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于遥操作并联机械手的主从双向控制方法及其控制系统，从端机械手采用速度信号控制，不仅响应快速、控制精度高，平衡了从端机械手的阻尼和惯性力，还可以使得操作者能够获得更加真实的力觉临场感，同时从端机械手驱动采用自锁控制，当从端机械手处的负载大于主端机械手的主端力时，从端机械手锁死且无法反向移动，进而减小了对主端机械手的冲击和抖振。

本发明采用的技术方案是一种用于遥操作并联机械手的主从双向控制方法，其包括以下步骤：

S1、构建机械手的主从双向控制系统；

S2、通过主端机械手对从端机械手进行主动正向控制，具体包括以下步骤：

S21、操作所述主端机械手上的操作手柄，通过力传感器检测施加到所述操作手柄上的主端力F_m，并将获得的所述主端力F_m信号经过第一A/D转换器及第一放大电路转换放大后输入至第一比较器中；

S22、通过从端机械手中操作手柄上的力传感器检测到所述操作手柄末端所产生的从端力F_s，并将获得的所述从端力F_s信号经过第二A/D转换器转换后输入至所述第一比较器中；

S23、通过所述第一比较器对所述主端力F_m及从端力F_s信号进行比较处理，并将比较后的数据输送至力调整器中；

S24、所述力调整器对步骤S23中获得的数据进行处理后输送至从端控制器中，且所述从端控制器将数据转换为速度信号输送至自锁控制器中；

S25、所述自锁控制器输出的速度信号经过第一D/A转换器转换后输送至所述从端机械手中的伺服电机中，且所述伺服电机驱动所述从端机械手动作，能使得所述从端机械手中操作手柄的末端能达到所需的从端力；

S3、通过所述从端机械手对所述主端机械手进行从动反向控制，具体包括以下步骤：