一种多优势因子的双人共享遥操作方法

摘要

本发明公开了一种多优势因子的双人共享遥操作方法，通过双人共享控制的方式可以有效的降低由于操作者肌肉颤抖、操作熟练性和心理因素等造成的操作误差，控制精度更加准确，可靠性更高。其次，本发明通过设计多个优势因子，可以任务自由调节操作系统的透明性和运动跟随性，其最优情况下的透明性和运动跟踪效果均优于传统双人共享控制操作。最后，本发明通过Raisbeck无源稳定标准，给出系统稳定条件，再由稳定条件计算出系统参数，保证系统的绝对稳定。

主权项

一种多优势因子的双人共享遥操作方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立主从机器人的动力学模型：$\left\{\begin{array}{c}{F}_{h1}={F_{h1}}^{*}-Z_{h1}{V}_{h1}\\ F_{h2}={F_{h2}}^{*}-Z_{h2}{V}_{h2}\\ F_e={F_e}^{*}+Z_e{V}_e\end{array}\right.---\left(1\right)$其中，F_h1和F_h2为第一操作者和第二操作者对第一主机械臂和第二主机械臂的作用力，F_e为环境对从端的作用力，F_h1^*和F_h2^*分别为操作者的实际控制力，F_e^*为环境的实际作用力，Z_h1、Z_h2和Z_e分别为操作者和环境的阻抗，V_h1、V_h2和V_e分别为操作者和环境作用的速度变量；在任务空间模型中，建立操作者和环境的动力学模型$\left\{\begin{array}{c}{Z}_{m1}{V}_{h1}=F_{h1}+F_{cm1}\\ Z_{m2}{V}_{h2}=F_{h2}+F_{cm2}\\ Z_s{V}_e=-F_e+F_{cs}\end{array}\right.---\left(2\right)$其中，Z_m1:＝M_m1s,Z_m2:＝M_m2s和Z_s:＝M_ss分别表示主从手驱动力的质量模型阻抗，V_h1、V_h2和V_e表示主从手的速度F_cm1、F_cm2和F_cs为主从手的控制力；2)利用PD控制器设计主从手的控制力：$\left\{\begin{array}{c}{F}_{cm1}=-C_{m1}{V}_{h1}+Z_{cm1}{V}_{h1d}\\ F_{cm2}=-C_{m2}{V}_{h2}+Z_{cm2}{V}_{h2d}\\ F_{cs}=-C_s{V}_e+Z_{cs}{V}_{ed}\end{array}\right.---\left(3\right)$其中，C_m1:＝B_m1+K_m1/s,C_m2:＝B_m2+K_m2/s和C_s:＝B_s+K_s/s表示PD控制器参数，Z_cm1:＝Z_m1+C_m1,Z_cm2:＝Z_m2+C_m2和V_ed:＝Z_s+C_s表示PD控制主从动力学，V_h1d、V_h2d和V_ed表示两主手和从手的期望速度，具体表达式为：$\left\{\begin{array}{c}{V}_{h1d}={\alpha }_1{V}_e+(1-{\alpha }_1)V_{h2}\\ V_{h2d}=(1-{\alpha }_2)V_e+{\alpha }_2{V}_{h1}\\ V_{ed}={\alpha }_3{V}_{h1}+(1-{\alpha }_3)V_{h2}\end{array}\right.---\left(4\right)$其中，α₁、α₂和α₃分别表示共享控制中的优势因子；3)则根据不同的共享程度，求取控制器参数，保证多优势因子的双人共享遥操作控制方法的稳定。