CN115657511A

CN115657511A - 机器人遥控操作系统和方法

Info

Publication number: CN115657511A
Application number: CN202211090239.3A
Authority: CN
Inventors: 朱培章; 唐文博; 郭展帆; 叶熙阳
Original assignee: Feixi Technology Co ltd; Flexiv Robotics Ltd
Current assignee: Feixi Technology Co ltd; Flexiv Robotics Ltd
Priority date: 2022-09-07
Filing date: 2022-09-07
Publication date: 2023-01-31

Abstract

本申请提供一种机器人遥控操作系统，包括主机器人、从机器人以及控制系统，控制系统配置为使得从机器人跟随主机器人的运动而运动。控制系统进一步配置为确定系数K，并基于主机器人上的参考点与从机器人上与参考点对应的选定点之间的位移差值以及系数K确定从机器人输出在选定点上的控制力F。

Description

机器人遥控操作系统和方法

技术领域

本申请涉及机器人领域，特别是涉及一种机器人遥控操作系统和方法。

背景技术

随着科技的发展，机器人被广泛应用于各种领域，且具有不同的类型和结构。例如关节型机器人，其具有例如多个可旋转的关节，以实现在一定空间范围内的运动。

机器人的控制可以通过人工遥控机器人实现，在一种实现方式中，遥控操作机器人需要一个供人工操作主机器人，以及一个配置为跟随主机器人动作的从机器人。在一个应用场景中，通过人工示教遥控机器人进行运动，并基于在示教过程中产生的数据进行编程，示教的结果可以生产机器人后续自动执行的操作指令。在另一应用场景中，针对机器人难以自动运行或编程极为复杂的工作环境，可以通过遥控操作机器人以辅助机器人在该环境下的相应作业。

现有遥控操作机器人的技术中，由于通讯原因或环境原因等，可能导致从机器人的意外运动或操作员的过度驱动，并因此在从机器人和工件或障碍物之间产生过大的接触力，其可能导致工件或机器人损坏。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种机器人遥控操作系统、方法、计算机设备和存储介质。

本申请一方面提供一种机器人遥控操作系统，包括：主机器人、从机器人以及控制系统。控制系统配置为使得从机器人跟随主机器人的运动而运动。控制系统进一步配置为：确定系数K，以及基于主机器人上的参考点与从机器人上与参考点对应的选定点之间的位移差值以及系数K确定从机器人输出在选定点上的控制力F。

在一个实施例中，控制系统配置为确定系数K使得控制力F中的一部分F_ext小于等于一预定阈值F_lim，其中，F_ext包括控制力中用于与外部物体之间的接触力平衡的部分，和/或控制力中用于驱动从机器人跟随主机器人的运动的部分。

在一个实施例中，当控制力F中的一部分F_ext小于预定阈值F_lim时，系数K保持为预设值K₀；当控制力F中的一部分F_ext达到预定阈值F_lim时，开始调节系数K，以使得控制力F中的一部分F_ext小于等于预定阈值F_lim。

在一个实施例中，控制系统进一步配置为：当控制力F中的一部分F_ext达到预定阈值F_lim时，基于位移差值的变化调节系数K,使得控制力F中的一部分F_ext小于等于预定阈值F_lim。

在一个实施例中，控制系统配置为在主机器人与从机器人之间建立虚拟阻抗控制关系，并基于以下条件确定控制力F：

其中，

为基于从机器人动力学模型的从机器人基于选定点处的质量惯性矩阵，

为基于从机器人动力学模型的从机器人基于选定点处的离心力和科里奥利力矩阵，

为基于从机器人动力学模型的从机器人基于选定点处的重力矩阵，x_d为参考点位移，x为选定点的位移，

为x_d的一阶导数，

为x的一阶导数，

为x的二阶导数，D为虚拟阻尼系数；

控制力F中的一部分F_ext按照以下公式计算得到：

其中，x_e为x_d与x的差值，

为

与

的差值，

为x_d的二阶导数与x的二阶导数的差值。

在一个实施例中，所示控制系统进一步配置为：当控制力F中的一部分F_ext小于预定阈值F_lim时，将系数K保持为预设值K₀；以及当控制力F中的一部分F_ext达到预定阈值F_lim时，按照以下公式之一计算确定系数K：

或者

其中，F_ext(K₀)代表当系数K等于K₀时计算得到的F_ext的值。

在一个实施例中，所示控制系统进一步配置为：当从机器人处于静态时，基于以下公式计算系数K:

在一个实施例中，控制系统进一步配置为基于控制力F中的一部分F_ext控制主机器人的驱动装置向操作主机器人的操作员提供触觉反馈。

在一个实施例中，选定点位于从机器人的从末端执行器上，参考点位于主机器人的主末端执行器上。

在一个实施例中，控制系统配置为以预定频率持续计算和调节控制力F。

本申请另一方面提供一种机器人遥控操作方法，包括：获取主机器人上选定点的位移以及从机器人上与参考点对应的选定点的位移；以及确定系数K，基于参考点的位移与选定点的位移之间的位移差值以及系数K确定从机器人输出在选定点上的控制力F。

在一个实施例中，确定从机器人输出在选定点上的控制力F包括确定系数K使得控制力F中的一部分F_ext小于等于一预定阈值F_lim,，其中，F_ext包括控制力中用于与外部物体之间的接触力平衡的部分，和/或控制力中用于驱动从机器人跟随主机器人的运动的部分。

在一个实施例中，确定从机器人输出在选定点上的控制力F包括：当控制力F中的一部分F_ext小于预定阈值F_lim时，将系数K保持为预设值K₀；以及当控制力F中的一部分F_ext达到预定阈值F_lim时，开始调节系数K，以使得控制力F中的一部分F_ext小于等于预定阈值F_lim。

在一个实施例中，当控制力F中的一部分F_ext达到预定阈值F_lim时，开始调节系数K，以使得控制力F中的一部分F_ext小于等于预定阈值F_lim包括：基于位移差值的变化调节系数K。

在一个实施例中，确定从机器人输出在选定点上的控制力F包括在主机器人与从机器人之间建立虚拟阻抗控制关系，并基于以下条件确定控制力F：

其中，

为x_d的一阶导数，

为x的一阶导数，

为x的二阶导数，D为虚拟阻尼系数；

控制力F中的一部分F_ext按照以下公式计算得到：

其中，x_e为x_d与x的差值，

为

与

的差值，

为x_d的二阶导数与x的二阶导数的差值。

在一个实施例中，确定系数K使得控制力F中的一部分F_ext小于等于一预定阈值F_lim包括：当控制力F中的一部分F_ext小于预定阈值F_lim时，系数K保持为预设值K₀；以及当控制力F中的一部分F_ext达到预定阈值F_lim时，系数K按照以下公式之一计算确定：

或者

其中，F_ext(K₀)代表当系数K等于K₀时计算得到的F_ext的值。

在一个实施例中，当控制力F中的一部分F_ext达到预定阈值F_lim时，开始调节系数K，以使得控制力F中的一部分F_ext小于等于预定阈值F_lim包括：当从机器人处于静态时，基于以下公式计算系数K:

在一个实施例中，方法进一步包括基于控制力F中的一部分F_ext控制主机器人的驱动装置以向操作主机器人的操作员提供触觉反馈。

在一个实施例中，方法进一步包括以预定频率持续计算和调节控制力F。

本申请再一方面提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中储存有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行以上基于任一实施例的方法的步骤。

本申请再一方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以上基于任一实施例的方法的步骤。

本发明的一个或多个实施例的细节在下面的附图和描述中提出。本发明的其它特征、目的和优点将从说明书、附图以及权利要求书变得明显。

附图说明

结合描述本申请的各种实施例的附图，通过对本申请的各个方面的以下详细描述，将更容易理解本申请的和其他特征。

图1为本申请一个实施例的机器人遥控操作系统的示意图；

图2为本申请一个实施例的机器人遥控操作系统的架构图；

图3为图1所示实施例的机器人遥控操作系统中选定点与参考点发生位移偏差时的示意图；

图4为本申请一个实施例的机器人遥控操作方法的流程图；

图5为本申请一个实施例的计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本申请提供一种的机器人遥控操作系统，包括主机器人、从机器人及控制系统。其中控制系统配置为使得从机器人跟随主机器人的运动而运动，同时控制系统配置为确定系数K，并基于主机器人上的参考点的位移与从机器人上的与参考点对应的选定点的位移的差值以及系数K确定施加在选定点上的控制力F。

根据本申请的机器人遥控操作系统，在主机器人及从机器人上对应位置设置参考点和选定点，并基于选定点与参考点之间的位移差值以及系数K确定从机器人输出在选定点上的控制力F。在一些应用场景中，可以防止因控制力过大而导致从机器人的部件或外部物体如工件或障碍物受损的情况发生。

图1为本申请一个实施例的机器人遥控操作系统的示意图，图2为本申请一个实施例的机器人遥控操作系统的架构图。参图1和图2，机器人遥控操作系统10包括主机器人20、从机器人30以及与主机器人20和从机器人30通讯连接的控制系统40。控制系统40可以是主机器人20或从机器人30的自身控制系统，也可以是不同于机器人自身控制系统的独立控制系统。在结构设置上，控制系统40可以设置在主机器人20或从机器人30内部，或独立于主机器人20和从机器人30而实现远程控制。

主机器人20和从机器人30可以采用相同的结构。以从机器人30为例进行说明，其包括从末端执行器31以及多个首尾相连的手臂32，末端执行器31位于首尾相连的手臂32的末端。相邻手臂32之间以及手臂32与从末端执行器31之间形成关节33，各关节33配有驱动手臂32或从末端执行器31的驱动装置34，如电机。多个关节33可以保证从末端执行器31的多自由度运动。

在一个实施例中，控制系统40配置为确定系数K，使得控制力F中的一部分F_ext小于等于一预定阈值F_lim，其中，F_ext包括控制力F中用于与外部物体之间的接触力相平衡的部分和/或控制力F中用于驱动所述从机器人30跟随所述主机器人20的运动的部分。

在一个实施例中，控制系统40配置为当控制力F中的一部分F_ext小于预定阈值F_lim时，系数K保持为预设值K₀，以及当控制力F中的一部分F_ext达到预定阈值F_lim时，开始调节系数K，以使得控制力F中的一部分F_ext小于等于预定阈值F_lim。

在一个实施例中，控制系统40进一步配置为当控制力F中的一部分F_ext达到预定阈值F_lim时，基于所述的位移差值的变化调节系数K,使得控制力F中的一部分F_ext小于等于预定阈值F_lim。

在一实施例中，控制系统40于主机器人20与从机器人30之间提供一虚拟机械-阻抗系统50，用于通过主机器人20控制从机器人30，以辅助实现对从机器人30的遥控操作。此处需特别说明的是，该虚拟机械-阻抗系统50非实际存在的硬件结构，而是基于计算机执行的控制模型，该控制模型仅在逻辑上类似于现实中的机械-阻抗系统，在本申请中用于计算和确定施加在从机器人30上的力和扭矩。当主机器人20通过操作员的手动控制进行运动时，控制系统40配置为使得从机器人30跟随主机器人20的运动而运动。具体而言，控制系统40基于主机器人20运动产生的相关参数，同时结合虚拟机械-阻抗系统50生成控制从机器人30运动的指令，并基于该指令控制从机器人30的运动，即保持与主机器人20同样的姿态和位置。

可以理解的是，虚拟机械-阻抗系统50可以预先提供在控制系统40中，也可以在遥控操作过程中基于相应的参数实时建立和调整虚拟机械-阻抗系统50。

在该实施例中，参考点和选定点选择为主机器人20的主末端执行器21和从机器人30的从末端执行器31上的对应点。可以理解的是，在其他实施例中，根据需要可以将参考点和选定点设置在机器人的其他部件上。以下结合实施例对本申请的虚拟机械-阻抗系统50的应用作详细说明。

从末端执行器31在笛卡尔空间的动力学方程为：

其中，x为从末端执行器31的位移(通常采用工具中心点TCP为基准)，

为x的二阶导数，Λ(x)为从机器人30基于选定点处的质量惯性矩阵(通常为笛卡尔空间质量惯性矩阵)，即从机器人30在以选定点为体坐标系原点时的质量惯性矩阵，

为x的一阶导数，

为从从机器人30基于选定点处的离心力和科里奥利力计算矩阵，p(x)为从机器人30基于选定点处的重力计算矩阵，F为控制从末端执行器31运动的控制力。

应当理解，当从机器人未跟随主机器人运动时，F_ext此时可代表从机器人与外部物体接触时从末端执行器受到的等效外力。从末端执行器31在空间移动时，无论是触及到工件或障碍物，均会在从末端执行器31上产生一个外力，也即从末端执行器31与工件或障碍物之间的接触力。当该外力过大时，可能会对从末端执行器31、工件或障碍物产生损坏。因此需要对从末端执行器31的控制力进行控制，以将从末端执行器31所受的外力控制在安全范围内。

可以理解的是，本申请所述的“选定点处”或“选定点上”的控制力或外力表示为从机器人输出的控制力或外力分别在该选定点处的等效力。

在一些实施例中，为实现虚拟机械-阻抗控制系统50，控制系统40进一步配置为动态地确定系数K，基于系数K及主末端执行器和从末端执行器之间的位移差值确定控制力F。在其中一实施例中，控制系统40将控制力主动配置使得：

其中，

为基于从机器人动力学模型的从机器人30基于选定点处的质量惯性矩阵，

为基于从机器人动力学模型的从机器人30基于选定点处的离心力和科里奥利力矩阵，

为基于从机器人动力学模型的从机器人30基于选定点处的重力矩阵，x_d为参考点位移，x为选定点的位移，

为x_d的一阶导数，

为x的一阶导数，

为x的二阶导数，D为虚拟阻尼系数。

可以理解的是，一些实施例中，系数K及虚拟阻尼系数D在可以是笛卡尔空间下的系数矩阵。

由于理论上期望选定点完全跟随参考点的运动，因此参考点的位移x_d也是选定点的期望位移。选定点位移x以及参考点位移x_d可以通过各种位移传感器测得。此外，也可以通过其他控制参数获取，例如根据驱动装置的电机的编码器数据可以计算出机器人各关节的旋转位移，从而进一步根据机器人的运动学关系获取机器人末端执行器的位移值。控制系统40配置为，例如从上面所描述的位移传感器，获取选定点位移x以及参考点位移x_d。在一个实施例中，选定点位移x以及参考点位移x_d为矢量参数，涉及移动的距离以及朝向，即代表主末端执行器21和从末端执行器31的位置和姿态。

式(2)中的分量K(x_d-x)相当于虚拟机械-阻抗系统50中的虚拟弹簧51，其中K可以称为虚拟弹簧系数。随着该虚拟弹簧的变形量的增加，该虚拟弹簧产生的弹性力也相应增加。分量

相当于虚拟机械-阻抗系统50中的虚拟阻尼器52。在系统初始运行时，系数K和系数D均可赋予一初始值，该初始值根据控制需要调试得到。

根据式1和式2，可以获得：

其中x_e为位移差值(x_d-x)，

为

与

的差值，

为x_d的二阶导数与x的二阶导数的差值。

在引入了虚拟机械-阻抗系统后，根据公式(3)计算得到的F_ext就包含两部分的力在从机器人的选定点上产生的等效力，即包括控制力F中用于与外部物体之间的接触力相平衡的部分，以及控制力F中用于驱动从机器人30跟随主机器人的运动的部分。

在一个实施例中，控制系统40进一步配置为基于位移差值x_e的变化调节系数K,使得F_ext小于等于预定阈值F_lim。

结合图3，当主末端执行器21处于匀速运动状态，而从末端执行器31和外界物体接触并处于静态时，

为一个常数C，

的值为零，此时得到以下等式：

F_ext＝Kx_e+C (4)

当主末端执行器21与从末端执行器31进一步达到稳态，即均处于静止或同步匀速运动时，

的值为零，此时：

F_ext＝Kx_e (5)

可见，在这些情况下，可以通过调节系数K，使得F_ext小于或等于一预定阈值F_lim，从而确保从末端执行器31及外界物体如工件或障碍物不会被损坏。

在一个实施例中，在F_ext到达阈值F_lim之前，保持虚拟机械-阻抗系统中的系数K为初始值K.₀不变。在从末端执行器31与外界物体初始接触时，此时从末端执行器31因被阻挡而停止运动，因而随着参考点位移x_d的逐渐增大，位移差x_e也逐渐增大。根据式(3)，此时控制力F持续增大。在此过程中，可以持续计算或监测F_ext，例如通过位于从末端执行器31上的接触力/力矩传感器进行检测，或通过测得的关节扭矩或上述公式(3)来获取F_ext。

当F_ext达到预定阈值时，基于位移差值的变化开始调节系数K，以保持F_ext维持在阈值或阈值之下。例如，在该过程中，采用闭环控制的方式，随着位移差x_e的继续上升，持续向下调节系数K，即相当于使得该虚拟弹簧逐渐变“软”。其中K和F_ext的闭环控制方式可以采用常规的方法实现，在本申请中不作赘述。

可以理解的是，本申请所描述的小于或等于一定阈值是指正常情况下可以确保外力F_ext小于或等于阈值，但不排除F_ext短暂的或在偶然情况下出现高于阈值的情况。例如因通讯或计算延迟等原因，可能存在F_ext在阈值处进行振荡的情况。

从末端执行器31还可能存在与外界物体动态接触的情况，即在接触过程中，从末端执行器31处于变化的运动状态中。在动态情况下，根据式(3)，此时

和

的值不为零，但同样可以通过调节系数K以控制F_ext。例如，在一种情况下，控制力F在短时间内急速上升，使得从末端执行器31产生一个较大的加速，因此在从末端执行器31上产生一个大的动态外力。此时通过调节系数K，同样可以实现对F_ext的控制，如控制在阈值以下。

在一实施例中，保持系数K值为K₀不变。因此根据公式(3)可以获得：

其中，F_ext(K₀)代表以K₀为系数所得到的Fext的值。

可以理解的是，在F_ext达到阈值F_lim之前，F_ext(K₀)即代表真实的F_ext，用于平衡与外部物体之间的接触力以及驱动从机器人30以跟随主机器人20运动；而在F_ext(K₀)大于F_lim时，此时F_ext(K₀)仅为一假想值，用于计算实际控制过程中所需的真正系数K。

在一个实施例中，在F_ext达到F_lim时，采取将F_ext稳定在F_lim的策略，此时系数K满足以下公式(7)：

即可以得到以下公式(8)：

同时，根据公式(6)和(7)，可得以下公式(9)：

可见，在从末端执行器31处于动态情况下，可以通过公式(8)或公式(9)确定系数K，使得F_ext维持在预定阈值F_lim。而当从末端执行器31处于静态情况下，公式(9)可以简化获得：

即在从末端执行器31处于静态情况下，还可以通过公式(10)确定系数K，使得F_ext等于预定阈值F_lim。

根据以上所描述的实施例，在F_ext达到F_lim之前，使用一初始系数K0来调节控制力F，当F_ext达到F_lim时，基于公式(8)和公式(9)调节系数K以使得F_ext可以稳定在F_lim。可以理解的是，在另一实施例中，可以于整个过程中，直接基于公式(8)和(9)确定系数K。该控制逻辑在于，从一开始即保持将F_ext维持在F_lim处，而不取决于位移差值的变化。

在一个实施例中，控制系统40配置为基于F_ext控制主机器人20的驱动装置以向操作员提供触觉反馈。当从机器人30的部件如从末端执行器31接触到外界物体时，在从末端执行器31上产生外力，外力可通过位于从末端执行器31末端的力传感器进行检测，或通过关节扭矩进行计算。控制系统40配置为将该外力反馈到操作员，使得操作员在操作主机器人20如主机器人20的主末端执行器21时能够直观感受到外力的存在以及变化，并因此调整对主机器人20的操作。例如，当操作员感受到外力过大时，可以降低主机器人20的移动速度，或停止对主机器人20的操作，从而防止发生损坏等意外情况。此外，在从机器人30与主机器人20之间的位移差距较大时，根据前文的中提到的F_ext计算方法，操作员同样能够直观感受到从机器人30为跟随主机器人20运动所克服的惯性力，从而相应的调整操作(例如减缓控制主机器人20的运动)。

在一些实施例中，作用在从末端执行器31上的控制力F包括至少一个关节的驱动装置产生的在从末端执行器31上的综合驱动力。在另一实施例中，控制力F包括直接驱动从末端执行器31的驱动装置所产生的力。

在一些实施例中，控制系统40配置为以预定频率持续计算和调节控制力F。该预定频率越高，从机器人30对主机器人20的运动的响应性越好，同时控制力F更为精确。

根据以上描述的一个实施例，控制系统40根据以式(2)配置控制力F，即控制力F包括虚拟弹簧分量以及虚拟阻尼器分量。可以理解的是，在其他实施例中，控制力F可以仅包括虚拟弹簧分量，或包括虚拟弹簧分量和其他分量的组合，其同样可以实现通过对系数K的调节时来控制从机器人31所受的F_ext。

本申请还提供了一种机器人遥控操作方法。结合以上对根据本申请各实施例的遥控操作系统的描述，以下对机器人遥控操作方法作相应说明。

如图4所示，本申请的机器人遥控操作方法包括：

S1：获取主机器人上参考点的位移以及从机器人上的与参考点对应的选定点的位移；以及

S2：确定系数K，基于主机器人上的参考点与从机器人的选定点之间的位移差值以及系数K确定从机器人输出在选定点上的控制力F。

在一实施例中，确定从机器人30输出在选定点上的控制力F包括确定系数K使控制力F中的一部分F_ext小于等于一预定阈值F_lim。其中，F_ext包括控制力F中用于与外部物体之间的接触力相平衡的部分和/或控制力F中用于驱动从机器人30跟随主机器人20的运动的部分。

在一个实施例中，确定从机器人30输出在选定点上的控制力F包括当控制力F中的一部分F_ext小于预定阈值F_lim时，将系数K保持为预设值K₀，当控制力F中的一部分F_ext达到预定阈值F_lim时，开始调节系数K，以使得控制力F中的一部分F_ext小于等于预定阈值F_lim。

在一个实施例中，当控制力F中的一部分F_ext达到预定阈值F_lim时，开始调节系数K，以使得控制力F中的一部分F_ext小于等于预定阈值F_lim包括基于位移差值的变化调节系数K。

在一个实施例中，确定从机器人输出在选定点上的控制力F包括在主机器人20与从机器人30之间建立虚拟阻抗控制关系，并基于以上公式(2)确定控制力F，基于公式(3)得到F_ext。

在一个实施例中，确定系数K使得控制力F中的一部分F_ext小于等于一预定阈值F_lim包括：当控制力F中的一部分F_ext小于预定阈值F_lim时，系数K保持为预设值K₀；当控制力F中的一部分F_ext达到预定阈值F_lim时，系数K基于公式(8)或公式(9)确定。

在一个实施例中，当从机器人30处于静态情况下，根据公式(10)确定系数K。

在一个实施例中，方法进一步包括基于F_ext控制主机器人30的驱动装置以向操作员提供触觉反馈。

在一个实施例中，选定点位于从机器人30的从末端执行器31上，参考点位于主机器人20的主末端执行器21上。

在一个实施例中，控制力F包括从机器人30的至少一个关节的驱动装置产生的作用在从末端执行器31的综合驱动力。

在一个实施例中，方法还包括以预定频率持续计算和调节控制力F。

本申请还提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是以上所描述的控制系统40，其内部结构图可以如图5所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现如以上描述的机器人遥控操作方法的步骤，该方法包括：

S2：确定系数K，基于参考点的位移与选定点的位移之间的位移差值以及系数K确定从机器人输出在选定点上的控制力F。

在其他实施例中，计算机程序被处理器执行时可能实现的其他方法步骤以及方法步骤的进一步特征可参见以上的根据各实施例的机器人遥控操作方法，在此不另作赘述。

本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以上各实施例中的机器人遥控操作的方法，该方法包括，该方法包括：

在其他实施例中，计算机程序被处理器执行时可能实现的其他方法步骤以及方法步骤的进一步特征可参见以上所述的根据各实施例的机器人遥控操作方法，在此不另作赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种机器人遥控操作系统，其特征在于，包括：

主机器人；

从机器人；以及

控制系统，配置为使得所述从机器人跟随所述主机器人的运动而运动，

其中，所述控制系统进一步配置为：

确定系数K；以及基于所述主机器人上的参考点与所述从机器人上与所述参考点对应的选定点之间的位移差值以及所述系数K确定所述从机器人输出在所述选定点上的控制力F。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制系统配置为确定所述系数K使得所述控制力F中的一部分F_ext小于等于一预定阈值F_lim，

其中，所述F_ext包括所述控制力中用于与外部物体之间的接触力平衡的部分，和/或所述控制力中用于驱动所述从机器人跟随所述主机器人的运动的部分。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制系统进一步配置为：

当所述控制力F中的一部分F_ext小于所述预定阈值F_lim时，所述系数K保持为预设值K₀；以及

当所述控制力F中的一部分F_ext达到所述预定阈值F_lim时，开始调节所述系数K，以使得所述控制力F中的一部分F_ext小于等于所述预定阈值F_lim。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制系统进一步配置为：

当所述控制力F中的一部分F_ext达到所述预定阈值F_lim时，基于所述位移差值的变化调节所述系数K,使得所述控制力F中的一部分F_ext小于等于所述预定阈值F_lim。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制系统配置为在所述主机器人与所述从机器人之间建立虚拟阻抗控制关系，并基于以下条件确定所述控制力F：

其中，

为基于所述从机器人动力学模型的所述从机器人基于所述选定点处的质量惯性矩阵，

为基于所述从机器人动力学模型的所述从机器人基于所述选定点处的离心力和科里奥利力矩阵，

为基于所述从机器人动力学模型的所述从机器人基于所述选定点处的重力矩阵，x_d为所述参考点位移，x为所述选定点的位移，

为x_d的一阶导数，

为x的一阶导数，

为x的二阶导数，D为虚拟阻尼系数；

所述控制力F中的一部分F_ext按照以下公式计算得到：

其中，x_e为x_d与x的差值，

为

与

的差值，

为x_d的二阶导数与x的二阶导数的差值。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所示控制系统进一步配置为：

当所述控制力F中的一部分F_ext小于所述预定阈值F_lim时，将所述系数K保持为预设值K₀；以及

当所述控制力F中的一部分F_ext达到所述预定阈值F_lim时，按照以下公式之一计算确定所述系数K：

或者

其中，F_ext(K₀)代表当系数K等于K₀时计算得到的F_ext的值。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所示控制系统进一步配置为：

当所述从机器人处于静态时，基于以下公式计算系数K:

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制系统进一步配置为基于所述控制力F中的一部分F_ext控制所述主机器人的驱动装置向操作所述主机器人的操作员提供触觉反馈。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述选定点位于所述从机器人的从末端执行器上，所述参考点位于所述主机器人的主末端执行器上。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制系统配置为以预定频率持续计算和调节所述控制力F。

11.一种机器人遥控操作方法，其特征在于，包括：

获取主机器人上选定点的位移以及从机器人上与所述参考点对应的选定点的位移；以及

确定系数K，基于所述参考点的位移与所述选定点的位移之间的位移差值以及所述系数K确定所述从机器人输出在所述选定点上的控制力F。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述确定所述从机器人输出在所述选定点上的控制力F包括确定所述系数K使得所述控制力F中的一部分F_ext小于等于一预定阈值F_lim,，

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述确定所述从机器人输出在所述选定点上的控制力F包括：

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述当所述控制力F中的一部分F_ext达到所述预定阈值F_lim时，开始调节所述系数K，以使得所述控制力F中的一部分F_ext小于等于所述预定阈值F_lim包括：

基于所述位移差值的变化调节所述系数K。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述确定所述从机器人输出在所述选定点上的控制力F包括在所述主机器人与所述从机器人之间建立虚拟阻抗控制关系，并基于以下条件确定所述控制力F：

其中，

为x_d的一阶导数，

为x的一阶导数，

为x的二阶导数，D为虚拟阻尼系数；

所述控制力F中的一部分F_ext按照以下公式计算得到：

其中，x_e为x_d与x的差值，

为

与

的差值，

为x_d的二阶导数与x的二阶导数的差值。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述确定所述系数K使得所述控制力F中的一部分F_ext小于等于一预定阈值F_lim包括：

当所述控制力F中的一部分F_ext达到所述预定阈值F_lim时，所述系数K按照以下公式之一计算确定：

或者

其中，F_ext(K₀)代表当系数K等于K₀时计算得到的F_ext的值。

17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述当所述控制力F中的一部分F_ext达到所述预定阈值F_lim时，开始调节所述系数K，以使得所述控制力F中的一部分F_ext小于等于所述预定阈值F_lim包括：

当所述从机器人处于静态时，基于以下公式计算系数K:

18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括基于所述控制力F中的一部分F_ext控制所述主机器人的驱动装置以向操作所述主机器人的操作员提供触觉反馈。

19.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述选定点位于所述从机器人的从末端执行器上，所述参考点位于所述主机器人的主末端执行器上。

20.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括以预定频率持续计算和调节所述控制力F。

21.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中储存有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行根据权利要求11至20中任一项所述的方法的步骤。

22.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求11至20中任一项所述的方法的步骤。