[0045] 所述步驟3)中的虛擬夾具為引導型或禁止型虛擬夾具。
[0046] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0047] 本發(fā)明融合了操作者行為、環(huán)境變化因素以及任務(wù)指令等多種信息，與傳統(tǒng)控制 器設(shè)計中只考慮單一的控制因素相比具有更好的控制效果。首先，設(shè)計了包含阻尼的自適 應(yīng)控制器，將操作者的行為意識融合到控制器設(shè)計中，并產(chǎn)生控制信號Uh，能夠通過自適應(yīng) 調(diào)整阻尼比減輕操作者壓力；其次，對從端環(huán)境建模并實時反饋控制信號14,環(huán)境信息的實 時采集和修正使系統(tǒng)保持穩(wěn)定；最后，通過使用隱式馬爾可夫模型（HMW)進行任務(wù)辨識，并 根據(jù)實際操作需求適應(yīng)性的變更任務(wù)指令，從而保證操作連續(xù)性和提高操作效率。 【【附圖說明】】
[0048] 圖1為本發(fā)明導納控制原理圖；
[0049] 圖2為本發(fā)明融合環(huán)境因素的變導納控制原理圖；
[0050] 圖3為本發(fā)明融合操作者感知的變導納控制圖；
[0051] 圖4為本發(fā)明多信息融合控制器設(shè)計圖；
[0052] 圖5為本發(fā)明避障實驗示意圖。 【【具體實施方式】】
[0053] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：
[0054] 參見圖1至圖5,本發(fā)明包括以下步驟：
[0055] 步驟一：從端環(huán)境動力學特性分析及生成反饋信號比：
[0056] 操作者控制手控器等設(shè)備對機械臂末端進行操作，首先對從端環(huán)境進行動力學特 性分析，使用彈簧阻尼模型表示：
[0057] 尤二-《 (λ\ -λ.,,H(6(. (.(Π .(1')
[0058] 其中，k表示位置參數(shù)，L表示速度參數(shù)，xs表示從端機械臂末端的實時位置，x。 表示從端操作對象的起始位置。由分析可知，應(yīng)該首先確定其中的模型參數(shù)信息或者在操 作者控制機械臂末端進行操作過程中進行評估，具體的評估方法為：
[0059] 從端操作對象起始位置Xc]:通過攝像機、激光探測器、視覺追蹤測量等測量工具獲 取操作對象的位置信息，同時傳感器帶來的未知因素要根據(jù)被評估系統(tǒng)的可靠性在控制器 設(shè)計中進行考慮。
[0060] 位置參數(shù)k及速度參數(shù)cU:機械臂末端與操作對象接觸過程中，使用合適的辨識 技術(shù)能實時對環(huán)境模型參數(shù)進行評估，例如遞歸最小二乘法，環(huán)境模型參數(shù)評估的重要作 用是提高參數(shù)收斂到真值的速度且保證模型假設(shè)的準確性。
[0061] 在上述彈簧阻尼模型中加入質(zhì)量模塊構(gòu)成導納控制，如圖1所示，導納控制輸入 力心生成期望的位置xd和位置修正量SXd。相關(guān)的物理學模型如下：
[0062] / -mx+dx+ -.v") (2)
[0063] 其中，X。表示操作對象的起始位置，輸入力fd和位置控制器用來驅(qū)動從端機械臂 到期望的位置。此外，將環(huán)境信息整合到控制器設(shè)計中，把控制參數(shù)由固定改為自適應(yīng)，便 是融合環(huán)境因素的自適應(yīng)導納控制方法。如圖2所示，從端機械臂和環(huán)境作用過程中，產(chǎn)生 位置信息xs和環(huán)境作用力f\，其中對xs進行反復采集達到校正從端機械臂的效果，作為 從端的反饋值將其整合到控制器設(shè)計中，并產(chǎn)生相應(yīng)的反饋信號。該方法采用位置/力控 制模式，其中位置信息由主端發(fā)送到從端，從端機械臂執(zhí)行相應(yīng)的動作，并反饋力控制信號 比，控制系統(tǒng)二階質(zhì)量-彈簧-阻尼模型為：
[0064] mdx+djX+ (keil +ke)(x-x0)^f+Ue (3)
[0065]其中，表示由自由空間操作到接觸操作過程中所需的最小阻尼，位置參數(shù)1可 以修改環(huán)境與從端機械臂的交互頻率ω?Ρ阻尼率ξ%
[0068] 為了達到期望的阻尼率盈，需要相應(yīng)的調(diào)整主端阻尼dd的大小，dd的適應(yīng)性表達 式為
[0070] 其中，（是位置參數(shù)的評估值，需要通過遞推最小二乘方法進行評估。
[0071] 步驟二：主端操作者行為建模及生成控制信號Uh:
[0072] 在得到從端環(huán)境的反饋信號I；后，需要對主端操作者行為進行建模和辨識，提出 一種手臂最小化顫動模型，通過求解手臂位置變化的極小值來建立模型，假設(shè)起始、終點處 速度為零、加速度為零，從而得到關(guān)于手臂位置的五次多項式：
[0073] X (t) = x;+(Xf-xJ (6 τ 5-15 τ 4+1〇τ 3) (7)
[0074]
，11、1^、1'、11；分別表示初始位置、初始時間、手臂運動時間及終點位 置，這些參數(shù)經(jīng)過辨識后可以得出手臂運動軌跡大致呈直線而速度呈拋物線型。
[0075] 將得到的手臂位置參數(shù)加入到控制器設(shè)計中，即考慮手臂阻抗，同樣的可由經(jīng)典 的質(zhì)量-彈簧-阻尼模型表述：
[0076] ./；,-m,xh Λ-?,χ,+Ι?,χ, (8)
[0077] 其中，kh、dh分別表示位置參數(shù)及速度參數(shù)，mh為手臂質(zhì)量。為了獲取控制力匕需 要對％、匕、4進行辨識，其中，手臂質(zhì)量可以通過離線辨識，并且由于質(zhì)量參數(shù)變化很小，可 以將其設(shè)定為常值，位置及速度參數(shù)的有效改變可以改善人機協(xié)同操作性能。這里通過改 變手臂的位置參數(shù)（剛度）來進一步改變速度參數(shù)（阻尼）：
[0078] Jn=mkk (9)
[0079] 其中，<表示導納控制器的阻尼，α是比例項，.1表示人手臂剛度系數(shù)。對于給 定的手臂剛度系數(shù)，取合適的比例值使控制器阻尼盡可能小，可以提高控制精度。
[0080] 由于操作者的感知意識對控制的影響，提出融合操作者感知的變導納控制方法， 如圖3所示，操作者自身的操作速度4可以得到，將其作為反饋值與控制力4進行整合，通 過改變控制力的大小及速度方向，可以區(qū)分操作者是加速運動還是減速運動，從而使控制 器阻尼系數(shù)在加速/減速過程中相應(yīng)地減少/增加，使系統(tǒng)保持穩(wěn)定：
[0081] mxh+cHfh,xh)xll =f：,+U：,(10)
[0082] 其中，隊表不主端經(jīng)過適應(yīng)控制后發(fā)出的控制信號， 參數(shù)d。的作用是當無適應(yīng)性發(fā)生時保證系統(tǒng)穩(wěn)定，α是對適應(yīng)性的加權(quán)。通過這個方法， 當減小阻尼時，操作者控制機械臂加速運動只需更少的力氣，當增加阻尼時，可以簡化定位 和位置保持等運動。
[0083] 步驟三：獲取任務(wù)指令T:
[0084] 在獲取到反饋信號比及控制信號1^后，控制器阻尼可以由操作者控制力及環(huán)境 力決定，下一步針對操作任務(wù)，開始獲取任務(wù)指令T:如果任務(wù)種類未知，比如軸孔裝配、 避障、跟蹤等，可以通過在遙操作系統(tǒng)中添加任務(wù)辨識功能，通常使用隱式馬爾可夫模型 (HMW)進行任務(wù)辨識，它是一種隱式的統(tǒng)計學模型，可以對多個簡單任務(wù)進行辨識，并根據(jù) 實際操作需求適應(yīng)性的變更任務(wù)指令。另外，遙操作系統(tǒng)中添加有效的輔助作用可以提高 操作性能，通常選取虛擬夾具作為輔助手段，針對不同操作任務(wù)，選取不同的虛擬夾具（引 導型或禁止型）進行輔助作用。
[0085] 步驟四：由反饋信號14、控制信號Uh及任務(wù)指令T設(shè)計控制器：
[0086] 綜合環(huán)境因素、操作者控制及具體任務(wù)指令后，一個帶有阻尼的包含控制信號、反 饋信號及任務(wù)指令的自適應(yīng)控制器設(shè)計如圖4所示：
[0087] 控制器設(shè)計中由主端向從端發(fā)送控制信號Uh及任務(wù)指令T
[0088] /??.?+?/(./：;,.?,).ν+ ^ = ./- + ^ + 7 (11)
[0089] 其中，δX表示機械臂末端位置變化率，作為統(tǒng)計值，δX的變化反應(yīng)任務(wù)不同， 4(./_;,,先,）二4-α人sgn(iA)，其中加權(quán)值α的變化反應(yīng)主端操作者控制從端機械臂的適應(yīng) 性，方便操作者執(zhí)行復雜任務(wù)。
[0090] 另一方面，從端機械臂與未知環(huán)境發(fā)生作用時會產(chǎn)生相應(yīng)的反饋信號比，由于環(huán) 境的未知因素較多，需要通過傳感器獲取較準確的位置速度等信息，同時結(jié)合主端的控制 信號Uh及任務(wù)指令Τ進行綜合控制
[0091] mx+d(j\x)x+ {kid +Ok)(.v-χ^ +?χ=f+Ue+UH+T (12)
[0092] 其中，#/,.(-) = 4 -?/sgW)，k,..」農(nóng)示自由操作到接觸操作所需最小阻尼，Θk 表示從端機械臂的位置參數(shù)，同時決定交互頻率及阻尼率的大小。
[0093] 實施例：