一种人机协作的系统、操作控制方法及装置与流程

本技术涉及机器人，尤其涉及一种人机协作的系统、操作控制方法及装置。

背景技术：

1、随着机器人应用的普及，为了使得机器人能够更好地模仿人类的操作，人机协作的机器人控制方式得到越来越多的重视。

2、但是，目前现有的人机协作控制方式，以人机协作搬运目标物为例，在面对可变形目标物进行操作时，由于目标物在操作过程中很容易发生变形，因此提高了人机协作操作的难度。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的在于提出一种人机协作的系统、操作控制方法及装置，以提高针对形变目标物的人机协作的可操作性。

2、第一方面，本技术实施例提供一种人机协作的系统，包括如下技术方案：

3、一种人机协作的系统，所述系统包括：定位器、机器人、力/触觉传感器、自适应协作模块和全身控制模块；所述机器人的末端执行器设置所述力/触觉传感器；

4、所述力/触觉传感器，用于测量所述末端执行器对目标物施加的作用力的力信息；

5、所述定位器，用于测量操作者的运动部位的运动数据；

6、所述自适应协作模块，用于基于所述运动数据和所述力信息，求取机器人的末端的速度控制量和位姿控制量；

7、所述全身控制模块，用于基于所述速度控制量和所述位姿控制量，求取机器人关节的关节速度控制量，以基于所述关节速度控制量指示所述机器人运动；

8、其中，所述自适应协作模块包括：导纳控制子模块和融合控制子模块；所述融合控制子模块包括：融合计算单元和变量计算单元；

9、所述导纳控制子模块，用于基于所述力信息，求取机器人的末端的初始速度控制量；

10、所述融合计算单元，用于基于公式（3）求取所述初始速度控制量与所述运动数据融合后的融合速度控制量：

11、                                                   （3）

12、所述变量计算单元，用于基于公式（4）和（5）将所述融合速度控制量转换为所述速度控制量和所述位姿控制量；

13、                                                 （4）

14、                                         （5）

15、其中，表示初始速度控制量；表示自适应融合系数；表示运动数据；表示融合速度控制量；为速度控制量；为位姿控制量。

16、进一步的，在一个实施例中，所述融合计算单元通过如下公式求取所述自适应融合系数；

17、                     （6）

18、其中，表示所述自适应融合系数；表示当前时间；表示移动窗口长度；表示自定义的微小值，用于避免除零计算；表示初始速度控制量；表示所述运动数据； 表示当前时间减去移动窗口后得到的时间；其中，

19、所述表征被操作目标物的可变性属性；

20、当等于0时，表示被操作的目标物不可变形；

21、当等于1时，表示被操作的目标物完全可变形；

22、当时，表示被操作的目标物部分可变形。

23、进一步的，在一个实施例中，所述导纳控制子模块包括：

24、导纳控制单元，用于基于所述力信息，结合公式（1）和公式（2），求取机器人的末端的初始速度控制量；

25、                          （1）

26、                                            （2）

27、其中，表示惯性矩阵；表示阻尼矩阵；表示力信息或基于力信息求取的其他力信息；表示机器人的末端的加速度；表示机器人的末端的初始速度控制量；表示控制系统中的时间步；表示机器人控制周期。

28、第二方面，本技术实施例提供一种人机协作的操作控制方法，所述方法包括下述步骤：

29、基于运动数据和力信息，求取机器人的末端的速度控制量和位姿控制量；其中，所述运动数据为操作者的运动部位的运动数据；所述力信息为末端执行器对目标物施加作用力的力信息；

30、基于所述速度控制量和所述位姿控制量，求取机器人关节的关节速度控制量，以基于所述关节速度控制量指示所述机器人运动；

31、其中，所述基于所述运动数据和所述力信息，求取机器人的末端的速度控制量和位姿控制量包括下述步骤：

32、基于所述力信息，求取机器人的末端的初始速度控制量；

33、基于公式（3）求取所述初始速度控制量与所述运动数据融合后的融合速度控制量：

34、                                                   （3）

35、基于公式（4）和（5）将所述融合速度控制量转换为所述速度控制量和所述位姿控制量；

36、                                                 （4）

37、                                             （5）

38、其中，表示初始速度控制量；表示自适应融合系数；表示运动数据；表示融合速度控制量；为速度控制量；为位姿控制量。

39、第三方面，本技术实施例提供一种人机协作的操作控制装置，所述装置包括：

40、自适应协作模块，用于基于运动数据和力信息，求取机器人的末端的速度控制量和位姿控制量；其中，所述运动数据为操作者的运动部位的运动数据；所述力信息为末端执行器对目标物施加作用力的力信息；

41、全身控制模块，用于基于所述速度控制量和所述位姿控制量，求取机器人关节的关节速度控制量，以基于所述关节速度控制量指示所述机器人运动；

42、其中，所述自适应协作模块包括：导纳控制子模块和融合控制子模块；所述融合控制子模块包括：融合计算单元和变量计算单元；

43、所述导纳控制子模块，用于基于所述力信息，求取机器人的末端的初始速度控制量；

44、所述融合计算单元，用于基于公式（3）求取所述初始速度控制量与所述运动数据融合后的融合速度控制量：

45、                                                    （3）

46、所述变量计算单元，用于基于公式（4）和（5）将所述融合速度控制量转换为所述速度控制量和所述位姿控制量；

47、                                                 （4）

48、                                             （5）

49、其中，表示初始速度控制量；表示自适应融合系数；表示运动数据；表示融合速度控制量；为速度控制量；为位姿控制量。

50、第四方面，本技术实施例提供一种控制器，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上面所述的人机协作的操作控制方法的步骤。

51、第五方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上面所述的人机协作的操作控制方法的步骤。

52、与现有技术相比，本技术实施例主要有以下有益效果：

53、本技术实施例通过将机器人的末端执行器对目标物施加作用力的力信息与操作者自身运动部位的运动数据的多维信息融合后求取机器人的末端的速度控制量和位姿控制量；再基于速度控制量和位姿控制量，求取机器人的关节速度控制量，充分考虑了目标物在不同受力情况下的形变，因此可以提高针对形变目标物的人机协作的可操作性，提高作业效率和安全性。