[发明专利]主从机器人的柔顺控制方法、系统、电子设备及存储介质

说明书

本发明公开了一种主从机器人的柔顺控制方法、系统、电子设备及存储介质，所述柔顺控制方法包括：获取主端机器人的环境力；将所述环境力输入到所述主端机器人的关节状态预测模型以得到所述主端机器人的主关节位置增量；所述关节状态预测模型基于阻抗控制模型和机器人动力学模型构建得到；将所述主关节位置增量作为从关节位置增量映射到从端机器人的关节以控制所述从机器人。本发明的主从机器人的柔顺控制方法，采用基于外部交互力的阻抗控制策略，通过采集主机器人的速度与力，预测下一步主机器人的位置姿态，使主端机器人符合医疗应用场景要求，将该位姿信息发给从端机器人，实现主从机器人的柔顺控制功能的同时，实现从机器人的跟随控制。

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，特别涉及一种主从机器人的柔顺控制方法、系统、电子设备及存储介质。

背景技术

随着医疗技术的发展以及偏远地区的救治需求，催生了迫切的辅助手术机器人具有主从远程遥操作的手术需求，医疗机器人为了满足人机交互的安全性需求，一般都选择协作机器人作为执行机构，以便辅助医生手术操作的要求。一般主从手术机器人系统，主要由操作者、主机器人系统、网络信息传输通道、从机器人系统和外界工作环境组成。

在实际的应用场景中，通常采用机器人位置实时采集，通过末端位置或者关节位置姿态，映射给从端机器人的方案，通讯时率及采集周期的因素，会产生延迟位置姿态或者丢失过程姿态的问题，严重影响手术机器人的随动效果及跟随精度，因此，需要设计的控制方法不仅能使机器人完成工作目标，同时也要避免指令传输过程中抖动的问题及振动问题，保证系统的稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中主从机器人系统由于通讯时率及采集周期的因素，会产生延迟位置姿态或者丢失过程姿态的问题的缺陷，提供一种主从机器人的柔顺控制方法、系统、电子设备及存储介质。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明提供一种主从机器人的柔顺控制方法，所述柔顺控制方法包括：

获取主端机器人的环境力；

将所述环境力输入到所述主端机器人的关节状态预测模型以得到所述主端机器人的主关节位置增量；所述关节状态预测模型基于阻抗控制模型和机器人动力学模型构建得到；

将所述主关节位置增量作为从关节位置增量映射到从端机器人的关节以控制所述从机器人。

较佳地，获取主端机器人的环境力的步骤包括：

利用六维力传感器获取所述主端机器人末端的环境力和环境力矩；所述六维力传感器设置于所述主端机器人的末端。

较佳地，在利用六维力传感器获取所述主端机器人末端的环境力和环境力矩的步骤之前，所述柔顺控制方法包括：

获取设置所述六维力传感器后的所述主端机器人的初始末端负载、空间位姿、多组测得力和测得力矩以计算所述六维力传感器的初始力和初始力矩；

所述利用六维力传感器获取所述主端机器人末端的环境力和环境力矩的步骤包括：

根据当前测得力和测得力矩、所述初始力和初始力矩确定当前环境力和当前环境力矩。

较佳地，将所述环境力输入到所述主端机器人的关节状态预测模型的步骤之前，所述柔顺控制方法还包括：

基于阻抗控制模型和逆雅可比矩阵得到关节动力学模型；

基于所述关节动力学模型构建所述机器人动力学模型；

基于关节边界约束条件对所述机器人动力学模型进行模型预测控制以得到所述关节状态预测模型。

较佳地，通过以下公式得到所述关节动力学模型：