一种速度型虚拟力反馈动态辅助的空间遥操作方法技术

本发明专利技术涉及一种速度型虚拟力反馈动态辅助的空间遥操作方法，建立空间遥操作对象和空间环境的仿真模型，构造代表速度型虚拟力反馈的区域，根据遥操作对象末端的位置运动信息，动态地更改速度型虚拟力反馈区域形状的大小和位置，即力反馈区域随位置运动信息实时改变、质心实时依附于遥操作对象末端。根据速度型虚拟力反馈提供的视觉信息，利用图形碰撞检测方法和建立的虚拟力场为空间机器人提供虚拟力反馈信息，以降低因通信时延存在对遥操作的影响，组织遥操作对象的末端与空间环境发生不必要的碰撞，以达到快速、安全地完成空间遥操作任务的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于空间机器人领域和远程操作领域，具体涉及，将速度型虚拟力反馈所产生的反馈力应用于对空间机器人的遥操作中，动态地提供虚拟力反馈信息，以实现对空间机器人的远程操作辅助。
技术介绍
随着人类对空间探索的不断深入，使用空间机器人来完成各类空间任务是空间发展趋势。针对有人工智能参与的遥操作，操作者通过交互设备向遥操作对象发出控制命令，由于时延的存在，滞后的视觉、力觉等反馈信息无法为操作者提供实时的临场感，容易误导操作者的操作行为，进而影响遥操作任务的安全执行。采用虚拟力反馈的方法，可以增强操作临场感，提高遥操作的安全性。作为一种“虚拟的”约束，虚拟力反馈以一定的区域形式存在于空间遥操作对象的仿真环境中，用于产生额外虚拟的临场感信息(力觉信息、视觉信息等)，以引导操作者的操作行为，减轻操作者的操作压力。当前已知的虚拟力反馈一般以特定的图形管道应用于预测仿真环境中，均为位置型虚拟力反馈。在仿真环境中，通过观察操作对象末端与虚拟力反馈区域的相对位置，为操作者提供视觉信息；此外，操作对象末端与虚拟力反馈区域之间发生接触，可按照特定的力场规则为操作者提供相应的力反馈信息，通过相关设备反馈给操作者，以引导、限制操作对象有效末端的运动。当前的虚拟力反馈完全独立于操作对象而存在，且图形特定，并没有充分利用操作对象末端的信息，只能依赖于事先构造好的虚拟力反馈区域产生相应辅助信息。尤其存在通信时延等不确定环境下，当前虚拟力反馈的方式辅助操作能力有限。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出，依赖于操作对象末端的当前位置和速度信息，虚拟力反馈区域时刻依附于操作对象的末端，并根据速度信息实时自动调节形状大小，实现对操作对象末端位置运动的预测，以适应通信时延存在的情况。技术方案，其特征在于步骤如下:步骤1、构造空间机器人和空间操作环境作为仿真环境:根据表I中所示的D-H参数，基于C++利用三维图形接口软件0SG，构造一个6自由度空间机器人图形模型；基于C++利用三维图形接口软件0SG，构造一个边长为IOOOmm的正方形作为卫星本体、一对太阳能帆板，作为空间机器人的空间操作环境；表I权利要求1.，其特征在于步骤如下: 步骤1、构造空间机器人和空间操作环境作为仿真环境: 根据表I中所示的D-H参数，基于C++利用三维图形接口软件OSG，构造一个6自由度空间机器人图形模型； 基于C++利用三维图形接口软件OSG，构造一个边长为IOOOmm的正方形作为卫星本体、一对太阳能帆板，作为空间机器人的空间操作环境； 表 全文摘要本专利技术涉及，建立空间遥操作对象和空间环境的仿真模型，构造代表速度型虚拟力反馈的区域，根据遥操作对象末端的位置运动信息，动态地更改速度型虚拟力反馈区域形状的大小和位置，即力反馈区域随位置运动信息实时改变、质心实时依附于遥操作对象末端。根据速度型虚拟力反馈提供的视觉信息，利用图形碰撞检测方法和建立的虚拟力场为空间机器人提供虚拟力反馈信息，以降低因通信时延存在对遥操作的影响，组织遥操作对象的末端与空间环境发生不必要的碰撞，以达到快速、安全地完成空间遥操作任务的目的。文档编号G05B13/04GK103207566SQ20131001941公开日2013年7月17日 申请日期2013年1月18日 优先权日2013年1月18日专利技术者黄攀峰, 丁炳源, 刘正雄, 孟中杰 申请人:西北工业大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种速度型虚拟力反馈动态辅助的空间遥操作方法，其特征在于步骤如下：步骤1、构造空间机器人和空间操作环境作为仿真环境：根据表1中所示的D?H参数，基于C++利用三维图形接口软件OSG，构造一个6自由度空间机器人图形模型；基于C++利用三维图形接口软件OSG，构造一个边长为1000mm的正方形作为卫星本体、一对太阳能帆板，作为空间机器人的空间操作环境；表1iαi?1ai?1di?1θi100177902?900090309850049000905?900?76506900007003820表中，i由1到7分别表示空间机器人基座、连杆1到连杆6；α表示连杆的旋转角；a表示相邻两个关节轴的公垂线长度；d表示两个相邻的连杆公共关节轴线之间的距离；θ表示两个相邻连杆公共轴线旋转的夹角；步骤2：在空间机器人末端，构造一个速度型虚拟力反馈区域的球体，球体半径r＝r0+||VEE||·Td，其中，Td为天地间的单向时延；VEE为操作对象末端的速度矢量；r0为速度型虚拟力反馈区域的固定部分半径，包络操作对象末端；步骤3：将速度型虚拟力反馈添加到仿真环境中，使用基于触点代理的方向包围盒层次碰撞检测算法OBB进行碰撞检测，检测空间机器人末端的速度型虚拟力反馈区域，在（T+Td）时刻操作对象末端运动状态是否与空间环境发生碰撞，并按照以下力场规则，实时生成碰撞力，应用到遥操作控制算法中，生成相应控制力信息；所述速度型虚拟力反馈产生的碰撞力为：ΔP-1=1ΔPx1ΔPy1ΔPzT式中，ΔP∈R1×3表示当前碰撞点与虚拟力反馈球心的距离向量；kv为碰撞力的速度系数；ks为碰撞力的位置系数；VEE_r表示遥操作对象末端与目标之间的相对速度；DC为碰撞力方向的单位向量；Dv为当前时刻力反馈区域随操作末端运动方向的单位向量；步骤4：将产生的碰撞力应用于遥操作的双边位置速度PD控制算法中，计算公式为：F＝Fg+Fbc+Ffc其中，F表示主手的期望刚度力信息，Fbc＝kbc·ΔX+bbc·ΔV，Ffc＝δ·(kv·VEE_r+ks·ΔP?1)，Fg为重力补偿，kbc表示双边力Fbc的位置系数；bbc表示双边力Fbc的速度阻尼系数；ΔX、ΔV分别为当前时刻主手和从手位置、速度之间的运动差异；FDA00002749335700021.jpg,FDA00002749335700023.jpg...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄攀峰，丁炳源，刘正雄，孟中杰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：