【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及属于电力自动化，具体为一种多臂系统远程操作的共享自治可重构控制方法。
技术介绍
1、远程操作具有极高的工业价值，因为它将人类的认知技能整合到系统中，特别是在未知的、危险的或动态的环境中操作。在这个广泛的研究领域，有可能找到验证这些系统可用性的应用，如空间探索，研究和救援，水下和工业环境。近年来，协作机器人技术和动作捕捉系统的技术进步减少了有效远程操作的传统限制，并重新引起了人们对这些应用的兴趣。在远程操作系统中，从机器人的运动可以通过各种接口控制，如操纵杆，触觉界面，3d鼠标，或运动捕捉系统，如我们的情况。其中，研究发现直接运动映射是用户操作机器人最直观有效的方法。远程操作的成功还依赖于系统适应其与环境交互的能力。在这种情况下，远程阻抗范式是一个强大的工具，因为它通过表面肌电图(semg)预测了用户手臂阻抗的估计，并在机器人上复制了它。通过这种方式，远程机械手模仿人类的动态行为，增加了安全性、适应性和效率。随着机器人操作任务复杂性的增加，多个机器人的同时使用和协调是必要的，因为它们也扩大了工作空间和可操作的负载范围。特别是，双手操作变得越来越流行，这需要双臂机器人系统，其中机械手协调实现共同目标。为此，共享控制的概念，其中机器人操作与一定程度的自主权，以减少用户的努力，已被引入到远程操作系统中，其中人类和机器人有一个共同的任务。上述研究都实现了不同的共享控制遥操作策略，但都局限于双臂遥操作。
2、与现有技术相比技术区别如下：
3、与申请号202211048193.9，专利名称基于多运动技能先
4、1.技术差异1
5、本专利是可以兼容“独立控制”与“交互控制”，根据所提出的控制策略分别计算每个选定机器人的期望姿态和实际姿态。
6、2.技术差异2
7、本专利不需要“：基于动态运动基元的方法，通过对不同任务轨迹进行示教学习，构建运动技能库”，而是纯粹的空间约束，而且用传感测量标定操作过程中的力反馈数据。而且将机械手的速度也纳入考虑。
8、3.技术差异3
9、本专利可以扩展到多个机械手臂。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种多臂系统远程操作的共享自治可重构控制方法，专利旨在克服两个机器人，当一只手臂控制末端执行器时，它们总是面对对方的结构约束限制，并处理任意数量的机械手。专利首先提出协调控制模式以允许末端执行器之间任何可能的相对姿态，其次提出了独立和协调控制模式，可以控制任意数量的单臂机器人。
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
3、一种多臂系统远程操作的共享自治可重构控制方法，具体如下：
4、1)构建了可扩展的单手臂控制数学模型；
5、2)构建了多机械臂控制模式；
6、3)设计了这些单元的工作原理和相互转换时所采用的协议；
7、4)根据多机械臂控制需要构建独立控制；
8、5)根据多机械臂控制需要构建协调控制。
9、作为本专利技术进一步改进，所述步骤1)可扩展的单手臂控制数学模型具体如下；
10、使用远程阻抗控制来调节每个机器人的运动和动态行为，将用户的手臂刚度指数aaa和期望的末端执行器姿态作为参考发送给机器人控制器，所需的姿势框架bb，机器人基架cc，用dd表示，ee为机架ff在时刻t的齐次变换矩阵，定义为公式(1)：
11、
12、其中分别为旋转矩阵和位置向量，发送给机器人控制器的末端执行器期望的刚度矩阵定义如公式(2)：
13、
14、其中kl(t)和kω(t)分别表示所需的一维线性刚度和旋转刚度，与用户刚度指标sa(t)成比例设置，因此，期望的关节力矩τdes(t)由可变笛卡尔阻抗控制器计算为公式(3)：
15、
16、其中q(t)是关节位置向量，通过离线传感测量标定操作过程中的力反馈数据，并根据操作类型与对象的差异，形成力反馈建模，jt(q(t))为机械臂雅可比矩阵，是期望姿态和实际姿势之间的位置和方向误差矢量，是它的时间导数，k(t)和d(t)是可变刚度和阻尼矩阵，d(t)为末端执行器的阻尼矩阵，通过与k(t)的关系来定义，m(q(t))是关节质量矩阵，是离心科里奥利项，g(q(t))表示重力补偿扭矩的贡献，是用于控制机器人冗余度的零空间阻抗，满足公式(4)：
17、
18、公式(4)和分别为关节位置误差和速度误差，kq和dq是关节空间刚度矩阵和阻尼矩阵，qd为了迫使关节远离它们的位置限制，设为0，但这可以根据需要进行更改，优化内部机器人配置，而不是任务目的或避免与环境发生冲突，n(q(t))是零空间投影，n(q(t))满足公式(5)：
19、n(q(t))＝i-jt(q(t))jυt(q(t)) (5)
20、其中υ表示是伪逆算子。
21、作为本专利技术进一步改进，所述步骤2)多机械臂控制模式包括协调控制和独立控制。
22、作为本专利技术进一步改进，所述步骤3)这些单元的工作原理和相互转换时所采用的协议具体如下；
23、使用户能够直观地控制多机械手系统，每种提出的控制策略都需要两个通过操纵杆获得的输入多机械臂控制模式基于机器人id和控制所有者；
24、机器人id:此输入指示用户选择要控制的机器人，当用户选择n≥2个机器人时，创建一个机器人组，一组机器人将通过其中一种控制策略一起移动；
25、控制所有者:定义被选择远程操作机器人组的用户手，在下面的部分中，ψhand用于指示手的框架，是所选策略的控制所有者；
26、在远程操作时，根据所提出的控制策略分别计算每个选定机器人的和kee(t)，然后，每个机器人的局部控制器通过式(3)计算出期望的关节力矩。
27、作为本专利技术进一步改进，所述步骤4)多机械臂控制需要构建独立控制具体如下；
28、通过任意数量的机器人末端执行器来模仿人的手的运动，当控制在时间t＝ts开始时，对多机械臂其进行初始化，以获得所选机器人的手架与末端执行器架之间的初始相对旋转量和平移量每个机器人的手与末端执行器之间的和分别由和得到；
29、手相对于末端执行器的平移向量在机器人的基架中表示，满足公式(6)：
30、
31、其中ψbi和分别代表第i个机器人的基架和末端执行器框架。初始化之后，控制循环步骤2)开始执行，每个机器人的期望姿态计算为公式(7)：
32、
33、在(7)中，当前的手部旋转乘以来自步骤1)的初始旋转偏移量类似地，平移偏移量被添加到当前基到手的位置向量手的旋转、平移就直接传递到机器人的末端。
34、作为本专利技术进一步改进，所述步骤4)中通过映射方法调节机器人的刚度，模拟指挥机器人的用户手臂的刚度轮廓。
35、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多臂系统远程操作的共享自治可重构控制方法，具体如下，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种多臂系统远程操作的共享自治可重构控制方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种多臂系统远程操作的共享自治可重构控制方法，其特征在于：所述步骤2)多机械臂控制模式包括协调控制和独立控制。
4.根据权利要求1所述的一种多臂系统远程操作的共享自治可重构控制方法，其特征在于：所述步骤3)这些单元的工作原理和相互转换时所采用的协议具体如下；
5.根据权利要求1所述的一种多臂系统远程操作的共享自治可重构控制方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的一种多臂系统远程操作的共享自治可重构控制方法，其特征在于：所述步骤4)中通过映射方法调节机器人的刚度，模拟指挥机器人的用户手臂的刚度轮廓。
7.根据权利要求1所述的一种多臂系统远程操作的共享自治可重构控制方法，其特征在于：所述步骤5)多机械臂控制需要构建协调控制具体如下；
【技术特征摘要】
1.一种多臂系统远程操作的共享自治可重构控制方法，具体如下，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种多臂系统远程操作的共享自治可重构控制方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种多臂系统远程操作的共享自治可重构控制方法，其特征在于：所述步骤2)多机械臂控制模式包括协调控制和独立控制。
4.根据权利要求1所述的一种多臂系统远程操作的共享自治可重构控制方法，其特征在于：所述步骤3)这些单元的工作原理和相互...
【专利技术属性】
技术研发人员：李会军，陈力，缪天缘，季钦杰，宋爱国，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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