一种基于刚度估计的力反馈灵巧手遥操作共享控制方法与流程

本发明涉及一种基于刚度估计的力反馈灵巧手遥操作共享控制方法，属于机器人遥操作系统。

背景技术：

1、随着机器人技术的不断发展，在许多对人类不利的环境中执行任务时，机器人全自主化仍然不能保证任务安全、准确、平稳地完成。依靠遥操作机器人既可以避免操作中的危险，又降低操作成本，提高了作业质量和效率。相关技术人员使用力反馈数据手套对灵巧手抓取物体进行遥操作，但在抓取较软物体时，存在力反馈感知不明显、容易发生不可逆的塑性形变的问题，导致操作者在遥操作时的身心压力较大，易产生精神疲劳，降低遥操作的成功率和效率。

2、现有技术中，技术人员使用无力反馈的数据手套对灵巧手进行遥操作，使用数据手套实时采集操作者手部的动作数据，将每个手指的动作数据传输给灵巧手并一一映射，然后对物体进行抓取，实现遥操作抓取物体的目的。

3、但是，在抓取未知物体时，由于物体的刚度未知，操作者在遥操作时对自己应该施加力的大小很难把控，操作者的操作难度上升，操作时间会随之增加，导致遥操作的成功率和效率下降。

4、此外，在抓取较软物体时，由于反馈的力比较小，导致力反馈感知不明显，物体容易发生不可逆的塑性形变；由于担心发生塑性形变的问题，操作者在遥操作时的身心压力较大，操作时间也会随之增加，操作者在作业时容易产生精神疲劳、注意力不集中的现象，导致遥操作的成功率和效率下降。

5、因此，本领域需要一种能够提供明显的力反馈，并根据物体的刚度和最大受力调整共享控制的遥操作控制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可以方便快捷且准确的对抓取的物体刚度进行估计，并基于物体刚度和最大受力进行遥操作共享控制的方法，提高遥操作抓取物体的成功率和效率。

2、本发明的技术方案如下。

3、一种基于刚度估计的力反馈灵巧手遥操作共享控制方法，包括以下步骤：

4、步骤101：提供用于控制灵巧手的力反馈手套，并针对物体形状决定抓取姿态；

5、步骤102：传输角度数据，并对角度数据滑动窗口滤波，实现所述力反馈手套到灵巧手的映射；

6、步骤103：控制所述灵巧手接触物体，根据检测到的反馈力对所述物体的刚度进行估计；

7、步骤104：使用模糊逻辑控制系统对物体的最大受力进行估计；

8、步骤105：基于估计的刚度和物体的最大受力对遥操作共享因子进行分配，确定操作者控制权和灵巧手的自主控制比例。

9、优选地，所述步骤101还包括从所述灵巧手选定多个手指对物体进行抓取。

10、优选地，所述步骤102进一步包括

11、所述力反馈手套将捕获到的角度数据以增量的形式传输给所述灵巧手；

12、对所述角度数据进行滑动窗口均值滤波；滑动窗口均值滤波公式为x为滤波前的角度值，y为滤波后的角度值；

13、将滤波后的增量角度数据加在灵巧手上实现力反馈手套到灵巧手的映射。

14、优选地，所述步骤103进一步包括，在灵巧手接触到物体后，使用胡克定律k＝df/dx对物体的刚度进行计算估计；

15、其中f为灵巧手力的传感器检测到的反馈力，x通过角度变化量和灵巧手运动学模型得到。

16、优选地，所述步骤104中所述模糊逻辑控制系统以估计的刚度k0和刚度的梯度δk0一起作为输入。

17、优选地，所述步骤104中的模糊逻辑控制系统的模糊控制规则包括：

18、如果pf满足ai，并且qf满足bj，那么是gi+j；

19、规则里的pf＝k0k1，qf＝δk0k2，k1和k2表示系数，ai和bj分别表示输入的变量和输入的模糊集，和gi+j分别表示输出的变量和输出的模糊集；输入k0、δk0和输出fmax均采用五个模糊集：vs、sl、me、rl和le；

20、输出物体的最大受力fmax的公式为

21、

22、gm表示第m个触发规则的结果集的质心，m表示触发规则的数量；和分别表示输入的隶属度函数，*表示t-范畴算子。

23、优选地，所述步骤105中的遥操作共享因子的分配包括：σ1表示操作者的控制权重，σ2表示灵巧手的控制权重，并且满足σ1+σ2＝1的条件；计算σ1的公式为

24、

25、其中k0表示估计的刚度，kr表示参考的刚度值，并且参考刚度值kr通过实验得到。

26、优选地，所述步骤105还包括：

27、通过公式fmax_robot＝fmax(1+σ1)n计算得到实际灵巧手的最大受力，其中n通过实验得到；以及

28、将灵巧手受力frobot变尺度映射到力反馈手套上的反馈力ffeedback；

29、

30、当灵巧手达到最大受力fmax_robot时，力反馈手套将最大的力反馈给操作者。

31、通过以上技术方案，本发明能够取得如下的有益效果。

32、针对抓取未知物体时，存在刚度未知、遥操作难度大的问题，本发明的方法在灵巧手接触到物体时，首先对物体进行刚度估计。估计的刚度大小通过数据手套指尖的振动大小反馈给操作者，让操作者对未知物体的刚度有一定了解，提高遥操作抓取物体的成功率和效率。

33、针对抓取较软物体时，存在力反馈感知不明显、容易发生不可逆的塑性形变的问题，本发明提出了一种基于刚度估计的力反馈灵巧手遥操作共享控制方法，基于估计的刚度大小，通过模糊逻辑控制估计出物体发生弹性形变的最大受力。基于估计的刚度大小和物体的最大受力对遥操作共享因子进行分配，对于刚度较大的物体，赋予操作者更大的控制权重比例，对于刚度较小的物体，赋予操作者更小的控制权重比例，防止因施加的力过大而发生塑性形变。

技术特征：

1.一种基于刚度估计的力反馈灵巧手遥操作共享控制方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于刚度估计的力反馈灵巧手遥操作共享控制方法，其特征在于，所述步骤101还包括从所述灵巧手选定多个手指对物体进行抓取。

3.根据权利要求2所述的一种基于刚度估计的力反馈灵巧手遥操作共享控制方法，其特征在于，所述步骤102进一步包括

4.根据权利要求3所述的一种基于刚度估计的力反馈灵巧手遥操作共享控制方法，其特征在于，所述步骤103进一步包括，在灵巧手接触到物体后，使用胡克定律k＝df/dx对物体的刚度进行计算估计；

5.根据权利要求4所述的一种基于刚度估计的力反馈灵巧手遥操作共享控制方法，其特征在于，所述步骤104中所述模糊逻辑控制系统以估计的刚度k0和刚度的梯度δk0一起作为输入。

6.根据权利要求5所述的一种基于刚度估计的力反馈灵巧手遥操作共享控制方法，其特征在于，所述步骤104中的模糊逻辑控制系统的模糊控制规则包括：

7.根据权利要求6所述的一种基于刚度估计的力反馈灵巧手遥操作共享控制方法，其特征在于，所述步骤105中的遥操作共享因子的分配包括：σ1表示操作者的控制权重，σ2表示灵巧手的控制权重，并且满足σ1+σ2＝1的条件；计算σ1的公式为

8.根据权利要求7所述的一种基于刚度估计的力反馈灵巧手遥操作共享控制方法，其特征在于，所述步骤105还包括：

技术总结本发明提供了一种基于刚度估计的力反馈灵巧手遥操作共享控制方法，包括以下步骤：步骤101：提供用于控制灵巧手的力反馈手套，并针对物体形状决定抓取姿态；步骤102：传输角度数据，并对角度数据滑动窗口滤波，实现所述力反馈手套到灵巧手的映射；步骤103：控制所述灵巧手接触物体，根据检测到的反馈力对所述物体的刚度进行估计；步骤104：使用模糊逻辑控制系统对物体的最大受力进行估计；步骤105：基于估计的刚度和物体的最大受力对遥操作共享因子进行分配，确定操作者控制权和灵巧手的自主控制比例。本发明能够让操作者对物体的刚度有一定了解，并且基于估计的刚度和物体的最大受力对遥操作共享因子进行分配，提高遥操作抓取物体的成功率和效率。技术研发人员：请求不公布姓名受保护的技术使用者：北京凡川智能机器人科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5