CN102085663B - 遥操作系统及方法 - Google Patents

Abstract

遥操作系统，包括主控端和从动端，主控端建立主控端工作空间，获取操作指令；从动端建立从动端工作空间，根据操作指令在从动端工作空间与操作对象碰撞并反馈；主控端包括：主接口模块，用于建立主控端工作空间，将从动端及主控端工作空间映射到虚拟空间；力反馈设备，用于获取操作指令，根据操作指令在主控端工作空间中运动，得到运动状态；主控制器，用于根据运动状态计算并重力补偿得到控制力；从动端包括：从接口模块，用于根据机械臂的位置建立从动端工作空间；从控制器，用于根据控制力控制机械臂；机械臂，用于在从动端工作空间碰撞操作对象。上述遥操作系统通过进行重力补偿，机械臂在负载非常大情况下轻松操作，实现了易于操作的目的。

Description

遥操作系统及方法

【技术领域】

本发明涉及遥操作技术，特别是涉及一种遥操作系统及方法。

【背景技术】

遥操作系统是指操作者通过主控制台控制远端的机器人对作业环境发生作用的系统。在遥操作系统中，操作者与作业环境并不会直接接触，仅仅通过主控制台中的操作手柄控制远端机器人的机械臂的运动。

传统的遥操作系统分为位置伺服型、力反馈型、力反馈伺服型以及力—位置综合型。位置伺服型的遥操作系统通过操作手柄与机械臂之间的位置偏差进行力觉传递，但是如果不补偿惯性力和摩擦力，则对于自重及摩擦力较大的机械臂而言，将产生偏差信号不精确、不适于重负荷、大功率操作的缺陷。力反馈型的遥操作系统将操作手柄上的力或力矩直接反馈给主手，但是在机械臂自重很大，即使机械臂没有负载的情况下，操作手柄的操作仍然非常困难。力反馈伺服型的遥操作系统也存在着操作困难的情况。而力—位置综合型的遥操作系统在机械手自重比较大时也存在着操作困难的缺陷。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种易于操作的遥操作系统。

此外，还有必要提供一种易于操作的遥操作方法。

一种遥操作系统，包括主控端以及从动端，所述主控端用于建立主控端工作空间，并获取操作指令；所述从动端，用于建立从动端工作空间，根据操作指令在从动端工作空间中与操作对象发生碰撞，并反馈；所述主控端包括：主接口模块，用于建立主控端工作空间，并将所述从动端工作空间及主控端工作空间映射到虚拟空间中；所述主接口模块包括：校准单元，用于引导力反馈设备中与力反馈设备代理点相对应的位置至世界坐标系的原点，根据所述原点确定主控端工作空间；映射构建单元，用于将所述从动端工作空间及主控端工作空间映射到虚拟空间中；初始计算单元，用于从所述虚拟空间中获取机械臂代理点，并计算虚拟空间中力反馈设备代理点与机械臂代理点的初始距离差值；力反馈设备，用于获取操作指令，并根据所述操作指令在主控端工作空间中运动，得到运动状态；主控制器，用于根据所述力反馈设备的运动状态计算并进行重力补偿得到从动端上的控制力；所述主控制器包括：获取单元，用于根据力反馈设备的运动状态得到力反馈设备代理点坐标，根据所述力反馈设备中上一时刻的跟随代理点坐标及力反馈设备代理点坐标得到当前时刻的跟随代理点坐标；计算单元，用于根据所述当前时刻的跟随代理点坐标、初始距离差值以及机械臂中的速度得到从动端上的控制力；补偿单元，用于对所述控制力进行重力补偿；所述从动端包括：从接口模块，用于根据机械臂的位置建立从动端工作空间；从控制器，用于根据所述控制力及虚拟空间控制机械臂的运动；机械臂，用于在所述从动端工作空间中与操作对象碰撞，并反馈碰撞后的力。

优选地，所述主控端还包括：主伺服模块，用于获取所述力反馈设备中的设备状态；交互模块，用于生成图形化界面，并在虚拟空间中展示所述设备状态以及机械臂在所述从动端工作空间的运动。

优选地，所述从动端还包括：从伺服模块，用于获取所述机械臂中的机械臂状态，并反馈所述机械臂的位置及运动状态。

优选地，所述从动端还包括：滤波器，用于对所述从动端上的控制力进行卷积滤波。

如上所述的遥操作方法，包括以下步骤：建立主控端工作空间和从动端工作空间，并将所述从动端工作空间及主控端工作空间映射到虚拟空间中；所述建立主控端工作空间和从动端工作空间，并将所述从动端工作空间及主控端工作空间映射到虚拟空间中的步骤为：引导力反馈设备中与力反馈设备代理点相对应的位置至世界坐标系的原点，根据所述原点确定主控端工作空间；根据所述机械臂的位置确定从动端工作空间；将所述从动端工作空间及主控端工作空间映射到虚拟空间中；计算所述虚拟空间中力反馈设备代理点与机械臂代理点的初始距离差值；获取所述主控端工作空间中力反馈设备的运动状态；根据所述力反馈设备的运动状态计算并进行重力补偿得到从动端上的控制力；所述根据所述力反馈设备的运动状态计算并进行重力补偿得到从动端上的控制力的步骤为：根据所述力反馈设备的运动状态得到力反馈设备代理点坐标；根据力反馈设备中上一时刻的跟随代理点坐标及力反馈设备代理点坐标得到当前时刻的跟随代理点坐标；根据所述当前时刻的跟随代理点坐标、初始距离差值以及机械臂中的速度得到从动端上的控制力；对所述控制力进行重力补偿；根据所述控制力及虚拟空间控制机械臂在从动端工作空间中与操作对象碰撞，并反馈碰撞后的力。

优选地，所述对所述控制力进行重力补偿的步骤之前还包括：将所述从动端上的控制力进行卷积滤波。

优选地，所述根据所述控制力及虚拟空间控制机械臂在从动端工作空间中与操作对象碰撞，并反馈碰撞后的力的步骤之后还包括：根据所述机械臂在从动端工作空间的运动反馈所述机械臂的位置及运动状态。

上述遥操作系统及方法通过对机械臂进行重力补偿，机械臂在负载非常大的情况下仍然能够轻松操作，实现了易于操作的目的，进而使得操作的精确度大大提高，使得机械臂的运动灵活流畅。

【附图说明】

图1为一个实施例中遥操作系统的示意图；

图2为一个实施例中遥操作系统的详细模块图；

图3为一个实施例中主接口模块的示意图；

图4为一个实施例中主控制器的示意图；

图5为图4中主控制器的实现示意图；

图6为一个实施例中遥操作方法的流程图；

图7为一个实施例中根据力反馈设备的运动状态计算并进行重力补偿得到从动端上的控制力的流程图。

【具体实施方式】

图1示出了一个实施例中的遥操作系统，包括主控端10以及从动端20，主控端10用于建立主控端工作空间，并获取操作指令；从动端20，用于建立从动端工作空间，根据操作指令在所述从动端工作空间中与操作对象发生碰撞，并反馈。

主控端工作空间是使用者进行操作的空间，从动端工作空间是根据使用者在工作空间中的操作，执行对操作对象的操作动作的空间。使用者在主控端10进行操作，在主控端10中输入操作指令，对从动端20施以控制力，以实现对从动端20的精确控制。从动端20根据使用者在主控端10中的操作在从动端工作空间中与操作对象发生碰撞，并向主控端10实时反馈碰撞过程以及力感，即碰撞后的力F_f。

如图2所示，主控端10包括：

主接口模块12，用于建立主控端工作空间，并将从动端工作空间与主控端工作映射到虚拟空间中。本实施例中，主接口模块12通过世界坐标系来确定主控端工作空间中任意一点的准确位置。虚拟空间体现了主控端工作空间与从动端工作空间中任一位置的转换关系，可用变化矩阵来描述。

力反馈设备14，用于获取操作指令，并根据操作指令在主控端工作空间中运动，得到运动状态。本实施例中，力反馈设备14可以是六自由度的力反馈设备。使用者作用于主控端工作空间中的力反馈设备14，使其沿任意方向运动。在主控端工作空间中，力反馈设备14的运动状态记录了力反馈设备末端位置以及使用者所施加的力等信息。例如，根据实际视觉的反馈，使用者拖动力反馈设备末端，以使得从动端20在从动端空间逼近操作对象，并与操作对象发生碰撞。在优选的实施例中，力反馈设备14为易于操作的六自由度力反馈设备Phantom Omni，由SensAble Technologies Inc生产。

主控制器16，用于根据力反馈设备14的运动状态计算并进行重力补偿得到从动端20上的控制力。本实施例中，根据力反馈设备14的运动状态可以得到力反馈设备末端位置以及使用于力反馈设备末端的力的大小，对力反馈设备末端位置通过坐标映射得到在虚拟空间中的相应位置，进而得到从动端20上的控制力。为实现遥操作过程中的精确控制，对从动端20上的控制力进行重力补偿，当从动端20处于平衡位置时，则不需要进行重力补偿。此外，如果摩擦力较大，还可以对从动端20上的控制力进行摩擦力补偿。

从控端20包括从接口模块22、从控制器23以及机械臂24，其中：

从接口模块22，用于根据机械臂的位置建立从动端工作空间。本实施例中，从接口模块22通过世界坐标系来确定从动端工作空间中任意一点的准确位置。从接口模块22根据操作需要，将机械臂中与机械臂代理点相对应的位置置于任意位置，以机械臂中与机械臂代理点相对应的位置为原点建立从动端工作空间。

从控制器23，用于根据控制力及虚拟空间控制机械臂24的运动。本实施例中，根据虚拟空间，机械臂24跟随力反馈设备14运动，并在从控制器23的控制下与操作对象进行碰撞。

机械臂24，用于在从动端工作空间中与操作对象碰撞，并反馈碰撞后的力。在优选的实施例中，机械臂24为838×584×406毫米长宽高工作空间的PhantomPremium 3.0或者Phantom Premium 1.5，由SensAble Technologies Inc生产。

在另一实施例中，上述遥操作系统的主控端10还包括了主伺服模块以及交互模块。本实施例中，主伺服模块，用于获取力反馈设备14中的设备状态。交互模块，用于生成图形化界面，并在虚拟空间中展示设备状态以及机械臂24在从动端工作空间的运动。具体地，主伺服模块为交互模块提供力反馈设备14中的设备状态，以便于使用者查询，从而在主伺服模块以及交互模块的相互作用下为使用者提供了友好的图形化界面，使得力反馈设备14中的设备状态对使用者而言是透明的，使用者只需要在图形化界面中选择虚拟工具类型，接着操作力反馈设备14与虚拟空间中的操作对象碰撞，即可以实现对机械臂24的控制，主伺服模块根据机械臂24的位置及运动状态向用户提供实时的、平滑的触觉反馈。

为保证平滑的触觉反馈，主伺服模块中循环伺服线程的运行频率在1kHz以上，从而提供平滑的力感。

交互模块中还设置了立体显示装置，以使用为使用者提供最佳的视觉反馈。

在其它实施例中，上述遥操作系统的从控端20还包括了从伺服模块，从伺服模块用于获取机械臂24中的机械臂状态，并反馈机械臂24的位置及运动状态。本实施例中，将机械臂24在从动端工作空间中的运动进行反馈，以便于使用者可通过图形化界面实时获取从动端工作空间中的交互过程。例如，机械臂24的运动状态记录了碰撞后的力的大小、机械臂24的转矩以及机械臂24中马达的状态等信息。

在一个具体的实施例中，如图3所示，主接口模块12包括校准单元122、映射构建单元124以及初始计算单元126。

校准单元122，用于引导力反馈设备中与力反馈设备代理点相对应的位置至工作空间的原点，根据所述原点确定主控端工作空间。映射构建单元124，用于将从动端工作空间及主控端工作空间映射到虚拟空间中。本实施例中，虚拟空间体现了工作空间与虚拟空间中任一位置的转换关系，可用变化矩阵来描述。在确定了主控端、从动端工作空间和虚拟空间之后，映射构建单元124求解将主控端、从动端工作空间的坐标原点映射到虚拟空间坐标原点的变化矩阵，并将与该变化矩阵相乘的运算即得到坐标映射。

初始计算单元126，用于从虚拟空间中获取机械臂代理点，并计算虚拟空间中力反馈设备代理点与机械臂代理点的初始距离差值。

在另一个具体的实施例中，如图4所示，主控制器16包括获取单元162、计算单元164以及补偿单元166。主控制器16的实现过程如图5所示

获取单元162，用于根据力反馈设备14的运动状态得到力反馈设备代理点坐标，根据力反馈设备14中上一时刻的跟随代理点坐标及力反馈设备代理点坐标得到当前时刻的跟随代理点坐标。本实施例中，力反馈设备代理点是指将力反馈设备末端的特定位置和手柄的放置角度映射到虚拟空间中得到一个包含了角度信息的点，此时该点的坐标被认为是力反馈设备14在虚拟空间中的坐标，该点的放置矩阵表示了力反馈设备14的手柄在虚拟空间的位置。

在使用者的操作下，力反馈设备14进行连贯的运动，设置随着力反馈设备代理点运动而运动的跟随代理点，因此，每一时刻力反馈设备代理点以及跟随代理点的位置均不相同。

获取单元162基于世界坐标系中跟随代理点和力反馈设备代理点构建虚拟弹簧-阻尼单元，即根据以下公式可计算得到跟随代理点在i时刻的位置P_mf(i)：

P_mf(i)＝P_mf(i-1)+0.001*||P_m-P_mf(i-1)||*normal(P_m-P_mf(i-1))

其中，P_m为力反馈设备代理点坐标，|| ||表示对向量求和，normal()表示向量的归一化。

由上可知，在力反馈设备代理点坐标与机械臂代理点坐标之间引入了跟随代理点坐标，从而有效地消除了由人手快速运动的引起的机械臂24异常摆动，提高了机械臂24的稳定性。

计算单元164，用于根据当前时刻的跟随代理点坐标、初始距离差值以及机械臂24中的速度得到从动端20上的控制力。本实施例中，从动端20上的控制力是由力反馈设备14传递至机械臂24中的力，计算单元164可通过以下公式计算得到：

F_m＝(P_mf-E_ms-P_s)*K_S-V_s*K_d

其中，P_s为机械臂代理点坐标，E_ms为初始距离差值，V_s是机械臂代理点的速度，K_s是弹簧阻尼单元的刚度系数，K_d为阻尼系数，K_s和K_d是根据机械臂及力反馈设备的摩擦力和贯性计算得到的。

本实施例中，上述遥操作系统中从控端20还包括滤波器（图未示），该滤波器用于对从动端20上的控制力进行卷积滤波。在优选的实施例中，该滤波器为力信号滤波器。

由于力反馈设备14的偶尔抖动会引起力反馈设备代理点坐标P_m的突然变化，从而导致由力反馈设备14传递于机械臂24中的控制力F_m产生毛刺，如果直接通过控制力F_m去控制机械臂24可能会产生震颤现象，因此需要使用一个高通的力信号滤波器来消除控制力F_m的毛刺，即通过以下卷积公式计算得到F_mf：

$F_{\mathrm{mf}}=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{H}_h\left(i\right)F_m(k-i)$

其中，H_h是力信号滤波器系数，k是力信号滤波器系数中数组的长度。

补偿单元166，用于对控制力进行重力补偿。本实施例中，为了实现对机械臂24的精确控制，减小机械臂24的自重，提高易操作性，补偿单元166可通过以下公式对从动端20上的控制力进行重力补偿，得到重力补偿后的控制力F_c：

F_C＝F_mf+g

其中，g＝-P_s(y)*K_g，P_s(y)是机械臂代理点的y方向坐标，K_g是重力补偿系数。

当P_s(y)为零时，机械臂24处于平衡状态，不需要进行重力补偿，当P_s(y)变化时，重力补偿近似于线性变化关系。

此外，还有必要提供一种遥操作方法。图6示出了一个实施例中遥操作的方法流程，包括以下步骤：

在步骤S10中，建立主控端工作空间和从动端工作空间，并将从动端工作空间及主控端工作空间映射到虚拟空间中。本实施例中，主控端工作空间是使用者进行操作的空间，通过世界坐标系来确定主控端工作空间中任意一点的准确位置。从动端工作空间是根据使用者在主控端工作空间中的操作执行对操作对象的操作动作的空间，通过世界坐标系来确定从动端工作空间中任意一点的准确位置。虚拟空间体现了主控端、从动端工作空间与虚拟空间中任一位置的转换关系，可用变化矩阵来描述。

建立主控端工作空间和从动端工作空间的过程是对力反馈设备及机械臂进行校准的过程，即：根据操作需要，将机械臂放置于任意位置，引导力反馈设备中与力反馈设备代理点相对应的位置（力反馈设备末端）至工作空间的原点，根据根据力反馈设备中与力反馈设备代理点相对应的位置确定主控端工作空间，根据机械臂的位置确定从动端工作空间。

在确定了主控端工作空间和从动端工作空间之后，求解将主控端、从动端工作空间的坐标原点映射到虚拟空间坐标原点的变化矩阵，然后计算力反馈设备代理点与机械臂代理点的初始距离差值。

在步骤S20中，获取主控端工作空间中力反馈设备的运动状态。本实施例中，力反馈设备可以是六自由度的力反馈设备。使用者作用于主控端工作空间中的力反馈设备，使其沿任意方向运动。在主控端工作空间中，力反馈设备的运动状态记录了力反馈设备末端位置以及使用者所施加的力等信息。例如，根据实际视觉的反馈，使用者拖动力反馈设备末端，以使得机械臂在从动端工作空间逼近操作对象。在优选的实施例中，力反馈设备为易于操作的六自由度力反馈设备Phantom Omni，由SensAble Technologies Inc生产。

在步骤S30中，根据力反馈设备的运动状态计算并进行重力补偿得到从动端上的控制力。本实施例中，根据力反馈设备的运动状态可以得到力反馈设备末端位置以及使用于力反馈设备末端的力的大小，对力反馈设备末端位置通过坐标映射得到在虚拟空间中的相应位置，进而得到从动端上的控制力。为实现遥操作过程中的精确控制，对从动端上的控制力进行重力补偿，当机械臂处于平衡位置时，则不需要进行重力补偿。此外，如果机械臂中的摩擦力较大，还可以对从动端上的控制力进行摩擦力补偿。在优选的实施例中，机械臂为838×584×406毫米长宽高工作空间的Phantom Premium 3.0或者Phantom Premium1.5，由SensAble Technologies Inc生产。

在一个具体的实施例中，如图7所示，根据力反馈设备的运动状态计算并进行重力补偿得到从动端上的控制力的步骤为：

在步骤S301中，根据力反馈设备的运动状态得到力反馈设备代理点坐标。本实施例中，力反馈设备代理点是指将力反馈设备末端的特定位置和手柄的放置角度映射到虚拟空间中得到一个包含了角度信息的点，此时该点的坐标被认为是力反馈设备在虚拟空间中的坐标，该点的放置矩阵表示了力反馈设备手柄在虚拟空间的位置。

在步骤S302中，根据力反馈设备中上一时刻的跟随代理点坐标及力反馈设备代理点坐标得到当前时刻的跟随代理点坐标。本实施例中，在使用者的操作下，力反馈设备进行连贯的运动，设置随着力反馈设备代理点运动而运动的跟随代理点，因此，每一时刻力反馈设备代理点以及跟随代理点的位置均不相同。

基于世界坐标系中跟随代理点和力反馈设备代理点构建虚拟弹簧-阻尼单元，即根据以下公式可计算得到跟随代理点在i时刻的位置P_mf(i)：

P_mf(i)＝P_mf(i-1)+0.001*||P_m-P_mf(i-1)||*normal(P_m-P_mf(i-1))

其中，P_m为力反馈设备代理点坐标，|| ||表示对向量求和，normal()表示向量的归一化。

由上可知，在力反馈设备代理点坐标与机械臂代理点坐标之间引入了跟随代理点坐标，从而有效地消除了由人手快速运动的引起的机械臂异常摆动，提高了机械臂的稳定性。

在步骤S303中，根据当前时刻的跟随代理点坐标、初始距离差值以及机械臂中的速度得到从动端上的控制力。本实施例中，由力反馈设备传递至机械臂中的力通过以下公式可计算得到：

F_m＝(P_mf-E_ms-P_s)*K_S-V_s*K_d

其中，P_s为机械臂代理点坐标，E_ms为初始距离差值，V_s是机械臂代理点的速度，K_s是弹簧阻尼单元的刚度系数，K_d为阻尼系数，K_s和K_d是根据机械臂及力反馈设备的摩擦力和贯性计算得到的。

在另一实施例中，上述对控制力进行重力补偿的步骤之前还包括了将从动端上的控制力进行卷积滤波的步骤。本实施例中，由于力反馈设备的偶尔抖动会引起力反馈设备代理点坐标P_m的突然变化，从而导致由力反馈设备传递于机械臂中的控制力F_m产生毛刺，如果直接通过控制力F_m去控制机械臂可能会产生震颤现象，因此需要使用一个高通的力信号滤波器来消除控制力F_m的毛刺，即通过以下卷积公式计算得到F_mf：

$F_{\mathrm{mf}}=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{H}_h\left(i\right)F_m(k-i)$

其中，H_h是力信号滤波器系数，k是力信号滤波器系数中数组的长度。

在步骤S304中，对控制力进行重力补偿。本实施例中，为了实现对机械臂的精确控制，减小机械臂的自重，提高易操作性，可通过以下公式对从动端上的控制力进行重力补偿，得到重力补偿后的控制力F_c：

F_C＝F_mf+g

其中，g＝-P_s(y)*K_g，P_s(y)是机械臂代理点的y方向坐标，K_g是重力补偿系数。

当P_s(y)为零时，机械臂处于平衡状态，不需要进行重力补偿，当P_s(y)变化时，重力补偿近似于线性变化关系。

在步骤S40中，根据控制力及虚拟空间控制机械臂在从动端工作空间中与操作对象碰撞，并反馈碰撞后的力。本实施例中，在虚拟空间的作用下，机械臂跟随力反馈设备运动，并通过控制力与操作对象进行交互。

在其他实施例中，上述遥操作方法中，根据控制力及虚拟空间机械臂在从动端工作空间中运动的步骤之后还包括了根据机械臂在从动端工作空间的运动反馈机械臂的位置及运动状态。本实施例中，将机械臂在从动端工作空间中的运动进行反馈，以便于使用者可通过图形化界面实时获取从动端工作空间中交互过程。例如，机械臂的运动状态记录了控制力的大小、机械臂的转矩以及机械臂中马达的状态等信息。使用者只需要在图形化界面中选择工具类型，进而操作力反馈设备与从动端工作空间中的操作对象通过机械臂进行交互，并根据机械臂的位置及运动状态，机械臂实时通过力反馈设备向用户反馈平滑的触觉效果。

上述遥操作方法及系统的应用场景可以是手术过程中，医生和病人不进行直接接触，医生通过力反馈设备中的手柄控制远端的机械臂的运动。远端的机械臂精确地跟随力反馈设备的手柄的运动而运动，并成机械臂上安装手术器械，由机械臂带动该手术器械完成手术，有效地提高了手术精度。

上述遥操作方法及系统通过对机械臂进行重力补偿，机械臂在负载非常大、进仍然能够轻松操作，实现了易于操作的目的，进而使得操作的精确度大大提高，使得机械臂的运动灵活流畅。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种遥操作系统，其特征在于，包括主控端以及从动端，所述主控端用于建立主控端工作空间，并获取操作指令；所述从动端，用于建立从动端工作空间，根据操作指令在从动端工作空间中与操作对象发生碰撞，并反馈；

所述主控端包括：

主接口模块，用于建立主控端工作空间，并将所述从动端工作空间及主控端工作空间映射到虚拟空间中；

所述主接口模块包括：

校准单元，用于引导力反馈设备中与力反馈设备代理点相对应的位置至世界坐标系的原点，根据所述原点确定主控端工作空间；

映射构建单元，用于将所述从动端工作空间及主控端工作空间映射到虚拟空间中；

初始计算单元，用于从所述虚拟空间中获取机械臂代理点，并计算虚拟空间中力反馈设备代理点与机械臂代理点的初始距离差值；

力反馈设备，用于获取操作指令，并根据所述操作指令在主控端工作空间中运动，得到运动状态；

主控制器，用于根据所述力反馈设备的运动状态计算并进行重力补偿得到从动端上的控制力；

所述主控制器包括：

获取单元，用于根据力反馈设备的运动状态得到力反馈设备代理点坐标，根据所述力反馈设备中上一时刻的跟随代理点坐标及力反馈设备代理点坐标得到当前时刻的跟随代理点坐标；

计算单元，用于根据所述当前时刻的跟随代理点坐标、初始距离差值以及机械臂中的速度得到从动端上的控制力；

补偿单元，用于对所述控制力进行重力补偿；

所述从动端包括：

从接口模块，用于根据机械臂的位置建立从动端工作空间；

从控制器，用于根据所述控制力及虚拟空间控制机械臂的运动；

机械臂，用于在所述从动端工作空间中与操作对象碰撞，并反馈碰撞后的 力。

2.根据权利要求1所述的遥操作系统，其特征在于，所述主控端还包括：

主伺服模块，用于获取所述力反馈设备中的运动状态；

交互模块，用于生成图形化界面，并在虚拟空间中展示所述运动状态以及机械臂在所述从动端工作空间的运动。

3.根据权利要求2所述的遥操作系统，其特征在于，所述从动端还包括：

从伺服模块，用于获取所述机械臂中的机械臂状态，并反馈所述机械臂的位置及运动状态。 

4.根据权利要求1所述的遥操作系统，其特征在于，所述从动端还包括：

滤波器，用于对所述从动端上的控制力进行卷积滤波。

5.一种应用权利要求1至4任意一项所述的遥操作系统的遥操作方法，包括以下步骤：

建立主控端工作空间和从动端工作空间，并将所述从动端工作空间及主控端工作空间映射到虚拟空间中；

所述建立主控端工作空间和从动端工作空间，并将所述从动端工作空间及主控端工作空间映射到虚拟空间中的步骤为：

引导力反馈设备中与力反馈设备代理点相对应的位置至世界坐标系的原点，根据所述原点确定主控端工作空间；

根据所述机械臂的位置确定从动端工作空间；

将所述从动端工作空间及主控端工作空间映射到虚拟空间中；

计算所述虚拟空间中力反馈设备代理点与机械臂代理点的初始距离差值；

获取所述主控端工作空间中力反馈设备的运动状态；

根据所述力反馈设备的运动状态计算并进行重力补偿得到从动端上的控制力；

所述根据所述力反馈设备的运动状态计算并进行重力补偿得到从动端上的控制力的步骤为：

根据所述力反馈设备的运动状态得到力反馈设备代理点坐标； 

根据力反馈设备中上一时刻的跟随代理点坐标及力反馈设备代理点坐标得到当前时刻的跟随代理点坐标；

根据所述当前时刻的跟随代理点坐标、初始距离差值以及机械臂中的速度得到从动端上的控制力；

对所述控制力进行重力补偿；

根据所述控制力及虚拟空间控制机械臂在从动端工作空间中与操作对象碰撞，并反馈碰撞后的力。

6.根据权利要求5所述的遥操作方法，其特征在于，所述对所述控制力进行重力补偿的步骤之前还包括：

将所述从动端上的控制力进行卷积滤波。

7.根据权利要求5所述的遥操作方法，其特征在于，所述根据所述控制力及虚拟空间控制机械臂在从动端工作空间中与操作对象碰撞，并反馈碰撞后的力的步骤之后还包括：

根据所述机械臂在从动端工作空间的运动反馈所述机械臂的位置及运动状态。

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