[发明专利]一种基于模糊决策的人机共融机械臂控制方法

说明书

本发明公开了一种基于模糊决策的人机共融机械臂控制方法，控制过程包括环境获取阶段、自主规划阶段、运动映射阶段、置信度计算阶段、融合与控制阶段、力反馈阶段。本发明使用模糊决策模拟人类决策行为，确定置信度与权重之间的非线性关系，融合自主控制与操作者的指令进行控制；人机共融控制过程中操作者可以修改接近物体的轨迹与抓取姿态；人机共融的控制方法可以减轻远程操作者的操作负担，降低长时间操作的精神压力，并且在控制过程中提供在线实时的力反馈，帮助操作者理解自主控制的意图，为后续操作者决策提供辅助。

技术领域

本发明属于水下机器人技术领域，尤其是涉及一种基于模糊决策的人机共融机械臂控制方法。

背景技术

面对深海环境或其他极端环境作业任务时，完全自动控制执行任务在短时间内无法实现，需要专业人员参与。为了确保人员安全，在机器人上搭载摄像头或者在作业环境中布置摄像头，将视觉信息和机器人信息提供给远程操作员，由操作员控制机器人完成作业任务，避免了危险环境对操作人员的人身安全威胁。然而在操作员在进行远程操作时，操作者的负担较重，并且难以获得任务场景完整的三维信息，缺失的信息容易令操作员误判，从而使作业物体破坏或机器人损坏，导致作业任务失败。

申请号为CN201811159046.2的中国专利文献公开了一种自主遥控水下机器人人机共享控制方法，包括行为管理、基本行为和行为综合三个单元；所述行为管理单元通过操作人员模块和自主管理模块协同对基本行为进行管理实现机器人作业模式的切换；基本行为单元根据传感系统和操作人员输入的信息计算机器人各个基本行为输出的速度矢量；行为综合单元用于对各个基本行为的输出进行混合得到控制命令作用于机器人执行系统，实现自主遥控水下机器人人机共享控制。该方法提高了自主遥控水下机器人的任务表现并降低了操作人员的工作负担。

申请号为CN202111575047.7的中国专利文献公开了一种适用于机器人的局部轨迹调整与人机共享控制方法和系统，以提升手术机器人的自主性，将人与机器人的关系从主从式转变为协同式。当人的指令与机器人参考轨迹相差较大时，机器人会结合人的虚拟交互力对自身参考轨迹进行局部主动调整；当人与机器人意图相差较小时，将综合考虑人机双方指令，并基于系统安全性评估指标动态调节人机混合成本函数，计算最优控制量，实现人机共享控制。

现有的大部分方法借助自主控制系统辅助操作者执行任务，将自主控制系统规划与操作者动作进行融合，降低操作者的负担。但大部分融合方法基于机器人的状态和轨迹，很少考虑如何融合更符合操作者的思维习惯。此外，很少方法考虑操作者对自主控制意图的理解，清晰的理解可以帮助操作者更好地决策。

发明内容

本发明提供了一种基于模糊决策的人机共融机械臂控制方法，可以减轻远程操作者的操作负担，降低长时间操作的精神压力，并且在控制过程中提供在线实时的力反馈，帮助操作者理解自主控制的意图，为后续操作者决策提供辅助。

一种基于模糊决策的人机共融机械臂控制方法，采用的自主控制系统包含相机、主端机械手与从端机械臂；控制过程包括以下六个阶段：

(1)环境获取阶段

环境获取阶段的目标是通过安装在机器人上的相机或布置在工作环境中的相机采集目标物与周围工作空间的实时图像；并经过图像识别技术处理得到目标物位置p_g与障碍物位置p_o，发送给自主控制系统；

(2)自主规划阶段

自主规划阶段的目标是获取自主控制系统下一步的目标位置；

(3)运动映射阶段

运动映射阶段的目标是将操作员的输入动作映射到从端机械臂的运动中；主端机械手采集操作员的输入，通过坐标变换关系将其映射到从端机械臂上；

(4)置信度计算阶段