(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211189775.9 (22)申请日 2022.09.28 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市友谊西路 (72)发明人 高剑　张昊哲　郭渊博　陈依民　 伍鑫　温颖倩　 (74)专利代理 机构 西安凯多 思知识产权代理事 务所(普通 合伙) 61290 专利代理师 刘新琼 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种基于力反馈的主从异构遥操作工作空 间映射方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于力反馈的主从异构遥 操作工作空间映射方法， 属于机械臂遥操作领 域。 包括获取主端机械臂末端的位置， 求得末端 位置偏移量； 设置位置与速度映射的比例系数； 判断是否在位置映射空间， 是的话进行位置映 射， 否的话进行速度映射； 从而求出从端机械臂 末端偏移量、 末端位置， 得到从端机械臂各关节 角度。 本发明方法相比于传统的末端位置 ‑位置 的映射， 使用了末端位移量 ‑位移量映射， 使从端 的位置映射空间可以覆盖从端全部的工作空间， 即在任何位置都可以进行精准的位置映射。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115533899 A 2022.12.30 CN 115533899 A 1.一种基于力反馈的主从异构遥操作工作空间映射方法， 其特 征在于步骤如下： 步骤1： 通过以太网连接主端遥操作机械臂并建立通 讯， 获取主端机械臂末 端的位置x ′m ＝(x′m,y′m,z′m)并记录； 步骤2： 实时更新 当前主端遥操作机械臂末端 位置xm， 结合步骤1记 录的上一时刻的末 端 位置x′m， 求得末端位置偏移量Δxm＝xm‑x′m； 最后更新上一时刻的末端位置x ′m＝xm； 步骤3： 设置位置映射比例系数kp＝(kpx,kpy,kpz)使得主端机械臂末端位移量比例映射 到从端机械臂末端位移量； 从端机械臂末端位移量Δxs与主端机械臂末端位移量Δxm满足 关系式： 步骤4： 设置速度映射比例系数kv＝(kvx,kvy,kvz)使得主端机械臂末端位置边缘偏移量 xoffset比例映射到从端机械臂末端速度； 从端机械臂末端速度vs与主端机械臂末端边缘偏 移量xoffset满足关系式： 其中， xoffset＝(xoffset,yoffset,zoffset)； 步骤5： 设置映射工作空间， 其中映射空间分为 位移映射空间和速度映射空间两 部分； 所述的位移映射空间： 以xi为圆心的， 半径为rs的球形空间， 在此空间内从端机械臂末 端位移服从步骤3的比例映射； 所述的速度映射空间： 在位置映射空间外设置速度映射空间， 映射比例与边缘偏移量 xoffset成正比， 并结合力反馈设备， 设置与偏移矢量方向相反， 大小成正比的力F， 并限制从 端机械臂末端的最大速度vmax与最小速度vmin； 步骤6： 根据上一控制周期从端机械臂末端位置x ′s与从端机械臂末端位移量Δxs求得 从端机械臂当前末端位置xs； 步骤7： 根据步骤6求得的从端机械臂末端目标位置xs， 对机械臂进行逆 运动学求解得到 机械臂目标关节角 θ， 令机械臂服从目标关节角进行运动， 以实现遥操作； 如果无解则令Δ xs＝0， 即xs＝x′s。 2.根据权利要求1所述的基于力反馈的主从异构遥操作工作空间映射方法， 其特征在 于步骤5所述的速度映射空间具体为： 在位置映射空间外 设置速度映射空间， 映射比例与边 缘偏移矢量xoffset成正比例关系， 设置过渡区间{xoffset|0＜||xoffset||＜e}， 在此区间内不 进行映射， 其中e表示过渡 区间宽度； 在速度映射空间限制从端机械臂末端的最大速度vmax 与最小速度vmin； 则最终从端机 械臂末端速度vs满足关系式：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115533899 A 2其中||xoffset||表示xoffset的二范数， 即xoffset的长度， ||vs||表示vs的二范数， 即速度的 大小， e表示过渡区间宽度， vmax和vmin表示映射 最大速度和最小速度。 在速度映射下， 从端机 械臂末端位移量Δxs满足关系式： Δxs＝vsT 其中T为控制周期； 结合力反馈设备， 设置与xoffset方向相反， 大小成正比的反向力F， 满足关系式： 其中kF为力反馈系数。 3.根据权利要求1所述的基于力反馈的主从异构遥操作工作空间映射方法， 其特征在 于所述的步骤6具体为： xs＝x′s+Δxs。 4.一种计算机系统， 其特征在于包括： 一个或多个处理器， 计算机可读存储介质， 用于 存储一个或多个程序， 其中， 当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时， 使得 所述一个或多个处 理器实现权利要求1所述的方法。 5.一种计算机可读存储介质， 其特征在于存储有计算机可执行指令， 所述指令在被执 行时用于实现权利要求1所述的方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115533899 A 3