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专利号: 2022108614970
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种可自动切换工作模式的遥操纵机器人系统控制方法,其特征在于,其包括以下步骤:S1、通过距离传感器测量所述从动侧机器人末端与作业目标之间的距离;

S2、通过距离阀值判断所述从动侧机器人所处于的运动阶段,并计算当前阶段运动对应的加权系数,具体如下:S21、若所述距离值dm2≤d≤dmax时,所述从动侧机器人处于第一运动阶段,则所述从动侧机器人第一运动阶段的加权系数为S(d)=1;

S22、若所述距离值dm1≤d≤dm2时,所述从动侧机器人处于第二运动阶段,则所述从动侧机器人第二运动阶段的加权系数为:式中,S(d)为模式切换函数;d为距离传感器测量出的从动侧机器人末端与作业目标之间的距离;dm1、dm2为距离阀值;dmax为从动侧机器人最远操作距离;

S23、若所述距离值0≤d≤dm1时,所述从动侧机器人处于第三运动阶段,则所述从动侧机器人第三运动阶段的加权系数为S(d)=0;

S3、根据所述从动侧机器人所处的运动阶段,计算当前运动阶段对应的从动侧机器人的控制量,所述控制量表达式为:式中,Us为从动侧机器人的控制量;S为加权系数;Fm为主动侧机器人的作用力;Fs为从动侧机器人的作用力; 为主动侧机器人角位移的无量纲值; 为从动侧机器人角速度的无量纲值;

S4、根据步骤S3中所述控制量的改变,所述从动侧机器人对应不同的控制模式,具体如下:S41、若所述从动侧机器人的控制量为主动侧机器人角位移与从动侧机器人角速度的无量纲偏差信号时,所述从动侧机器人处于速度控制模式;

S42、若所述从动侧机器人的控制量为力信号、角位移及角速度的偏差信号加权之和时,所述从动侧机器人处于由速度控制模式转换为位置控制模式的过渡阶段;

S43、若所述从动侧机器人的控制量为主、从动侧机器人力偏差信号时,所述从动侧机器人处于位置控制模式。

2.根据权利要求1所述的可自动切换工作模式的遥操纵机器人系统控制方法,其特征在于,当所述从动侧机器人处于位置控制模式时,在所述主动侧机器人的末端施加附加力,则位于所述主动侧机器人一侧的用户能实时从所述主动侧机器人以及从动侧机器人的运动过程中获得反馈力,且所述反馈力表达式为:Fr=(1‑S)[Fd+K(qsd‑qs)];

式中,Fr为反馈力,K为增益系数,Fd为附加力,qsd为从动侧机器人期望角位移,qs为从动侧机器人实际角位移。

3.根据权利要求1所述的可自动切换工作模式的遥操纵机器人系统控制方法,其特征在于,当所述从动侧机器人处于步骤S41中的速度控制模式时,所述速度控制方法具体步骤为:S411、操作者扳动所述主动侧机器人上的操作手柄,通过位移传感器测量所述主动侧机器人的关节角度qm,并进行无量纲化处理得到主动侧机器人角位移的无量纲值S412、将所述主动侧机器人角位移的无量纲值 与所述从动侧机器人角速度的无量纲值 进行比较,并将产生的偏差信号作为所述从动侧机器人的驱动信号,使得所述从动侧机器人的角速度跟随对应主动侧的关节角度,继而实现对所述从动侧机器人速度的控制。

4.根据权利要求1所述的可自动切换工作模式的遥操纵机器人系统控制方法,其特征在于,当所述从动侧机器人处于步骤S43中的位置控制模式时,所述位置控制方法具体步骤为:S431、操作者扳动所述主动侧机器人上的操作手柄,通过力传感器测量施加至所述操作手柄上的操作力Fh,放大处理得到所述主动侧机器人的作用力Fm;

S432、将所述主动侧机器人的作用力Fm与所述从动侧机器人的作用力Fs进行比较,产生的偏差信号经过所述从动侧控制器能调节控制所述从动侧机器人运动;

S433、根据主动侧机器人的关节角度qm计算得到从动侧机器人期望角位移qsd,且将从动侧机器人期望角位移qsd与从动侧机器人实际角位移qs的进行比较,产生的偏差信号反馈回主动侧控制器中,实现从动侧机器人的位置控制。

5.根据权利要求1所述的可自动切换工作模式的遥操纵机器人系统控制方法,其特征在于,所述距离阀值为:dm1=0.2d0;

dm2=0.3d0;

式中,d0为初始时刻,从动侧机器人末端与作业目标之间的距离。