一种遥操作柔性环境力反馈系统

摘要

一种遥操作柔性环境力反馈系统，包括主机器人、从机器人、设置在主机器人和从机器人之间的通信环节;其中主机器人包括主机械臂、控制器，在所述主机械臂上设置有力反馈装置；从机器人上设置有从机械臂；所述的从机械臂末端接触柔性环境操作时，从机器人测量计算得到从机械臂末端与柔性环境接触点处的形变x_e，从机器人将x_e经通信环节并传送至控制器；所述的控制器接收到柔性环境接触点处的形变x_e后，根据存储的已知柔性环境的数据，得到力反馈数值并传送至力反馈装置中。

主权项

1.一种遥操作柔性环境力反馈系统，其特征在于，包括主机器人、从机器人、连接主机器人和从机器人的通信环节;其中主机器人包括主机械臂、控制器，在所述主机械臂上设置有力反馈装置；从机器人上设置有从机械臂；所述的从机械臂末端接触柔性环境操作时，从机器人测量计算得到从机械臂末端与柔性环境接触点处柔性环境的形变x_e，并将x_e经通信环节传送至控制器；所述的控制器接收到柔性环境接触点处的形变x_e后，根据存储的已知柔性环境的数据，按照如下方法得到力反馈数值并传送至力反馈装置中：（1）读取等效于柔性环境的均匀分布的一系列二阶弹簧-质量-阻尼体方阵中每个二阶弹簧-质量-阻尼体的等效阻抗Z(s)；其中，每个二阶弹簧-质量-阻尼体的质点位于自由端，将从机械臂末端与柔性环境接触的受力点处的二阶弹簧-质量-阻尼体的质点称为第一质点；（2）按照二阶弹簧-质量-阻尼体方阵中各质点距离第一质点的距离由近至远依次分层，将从机械臂末端与柔性环境接触的受力点即第一质点自身作为第一层，将与第一质点距离最近的4个质点作为第二层，将第一、二层以外与第一质点距离最近的4个质点作为第三层，将第一层至第三层以外与第一质点距离最近的4个质点作为第四层，将第一层至第四层以外与第一质点距离最近的8个质点作为第五层；以此类推；计算总等效阻抗：$Z_e\left(s\right)=Z\left(s\right)(1+\underset{j=2}{\overset{T}{\Sigma }}\underset{i\in \mathrm{layerj}}{\Sigma }(1-\frac{d_i}{x_e\tan \theta })),$式中，i为二阶弹簧-质量-阻尼体方阵中各质点的编号，d_i为柔性环境受力变形前的第i个质点到第一质点的距离；j为质点层数，layerj为第j层所有质点编号的集合；θ为柔性环境的受力变形角，是预先测得的柔性环境特性常数，T为选取的质点层数；（3）对接触位移信号作拉普拉斯变换求得接触位移的复频域表达式，再将接触位移的复频域表达式与总等效阻抗Z_e(s)相乘，求解接触力的复频域表达式，再通过反拉斯变换，求解时域中的接触力，再将相应的力反馈数值信号传送至力反馈装置。