[发明专利]基于渲染力的环境模型更新算法

摘要

本发明涉及力反馈遥操作中一种环境模型更新算法，为基于渲染力的环境模型更新算法，该算法着眼于提高模型更新的效率和准确性，与传统算法中冗余的计算趋近相比，直接控制输出渲染力来使输出力尽快趋近于计算值，达到了预期的良好效果。该算法提取主端反馈力中与正常预期不符合的部分作为突变力，以突变力为限制条件直接控制输出渲染力的变化，能够更好的在维持系统稳定性的前提下进行模型更新。实验验证了所提出的方法相比于现有方法的显著优越性，体现了更好的动态性和实时性。

主权项

一种基于渲染力的环境模型更新算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将正常操作中主端位置变化导致的预测力变化与突变力分离，不限制正常运动导致的预测力的较快变化。记fex，t为设定的t时刻操作者预期力，将fp，t与fex，t的差值记为t时刻的扰动力fab，t，输出渲染力为fm，t。算法描述如下：fab,t＝fp,t‑fex,t     (3)fm,t＝fex,t+SAT(fab,t)     (4)其中SAT(fab,t)为饱和函数，将fab限制到采样周期ΔT内的最大变化量以内。步骤二、将fex,t限制于保持不变或变化量与距离成正比的范围内，并取接近fp,t的值。存在参数更新时，fm,t随时间趋于fp,t，在趋近过程中，如果主端运动导致的力变化与趋近方向一致，由于对于操作者是可感知的，令加速趋近过程。如果与fex,t‑fm,t‑1异号，即趋近方向相反，则不对Δxt进行响应。由于在运动过程中接触力保持不变对于操作者是容易控制的，这种处理方式在保持系统稳定的前提下加快了fm,t到fp,t的趋近速度，即加快了模型更新速度。当不存在参数更新时，fex,t中包含了运动导致的预测力变化，使得fm,t＝fex,t，即该算法完全不影响无参数更新过程中的正常力变化。同时，在任意时刻扰动力fab的取值小于预先规定的保证了模型更新过程中，系统处于可控状态。由于直接对输出渲染力进行控制，该算法能够处理系统能量减少的情况。例如在计算得到的接触力突然减小时，能够使渲染的接触力逐渐降低，给予了操作者充足的反应时间，避免了不期望的位置波动。步骤三、定义和分别为t时刻合理期望力的最大值和最小值：则更新过程中t时刻的突变力为：。