一种手部的遥操作控制方法、装置及其遥操作系统与流程

本技术涉及机器人，尤其涉及一种手部的遥操作控制方法、装置及其遥操作系统。

背景技术：

1、随着科技的发展，机器人应用领域越发广泛，在一些复杂和危险环境中，需要机器人灵活性更高，具有更高的仿人工作的能力，为此，遥操作机器人应运而生。遥操作机器人是通过主端交互器捕捉操作人员在操作过程中的运动数据并发送给控制器，控制器根据运动数据生成运动控制指令等，以控制从端机器人完成目标任务，从而实现遥操作的目的。

2、现有技术中，在手部(比如：灵巧手)接触式任务的遥操作中(其中，接触式任务意味着在任务执行过程中，被操作的灵巧手会与物体实体产生接触)，仅见碰撞检测算法，即在碰撞发生后进行检测。但是，这种情况下碰撞已经发生，往往会对机器人造成一定的损坏或容易产生零部件松动等情况，从而减少机器人的使用寿命和控制精度。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的在于提出一种手部的遥操作控制方法、装置及其遥操作系统，以提前对手部运动进行预测。

2、第一方面，本技术实施例提供一种手部的遥操作控制方法，包括如下技术方案：

3、一种手部的遥操作控制方法，应用于遥操作系统，所述遥操作系统包括：主端交互器、从端图像传感器、从端机器人、力/触觉传感器和控制器；从端机器人的末端设置末端执行器；力/触觉传感器设置于末端执行器，主端交互器设置于操作者的手部，所述方法包括下述步骤：

4、获取基于主端交互器采集的当前输入位姿；

5、基于所述当前输入位姿判断操作者是否存在夹持意图；

6、获取基于力/触觉传感器测量的当前力值；

7、基于所述当前力值判断末端执行器是否进入接触状态；

8、当判断存在夹持意图和/或进入接触状态，对输入位姿进行预设限制转换以得到输出位姿；

9、基于所述输出位姿生成运动控制指令，以指示末端执行器执行对应操作。

10、进一步的，在一个实施例中，当判断不存在夹持意图，且没有进入接触状态；所述方法还包括下述步骤：

11、以所述输入位姿作为所述输出位姿。

12、进一步的，在一个实施例中，所述基于所述当前运动数据判断操作者是否存在夹持意图包括下述步骤：

13、以当前输入位姿作为预设的意图识别模型的输入，输出得到是否存在夹持意图的第一判断值；

14、基于所述当前输入位姿，计算手指的运动方向；基于所述手指的运动方向，生成是否存在夹持意图的第二判断值；

15、结合所述第一判断值和所述第二判断值，求取综合夹持意图判断值；

16、基于所述综合夹持意图判断值判断是否存在夹持意图。

17、进一步的，在一个实施例中，所述基于所述当前输入位姿，计算手指的运动方向；基于所述手指的运动方向，生成是否存在夹持意图的第二判断值包括下述步骤：

18、计算所述当前输入位姿和预设时间间隔前的输入位姿的差值，得到手指的运动方向；

19、基于每个手指的运动方向，判断是否存在任意两个手指的运动方向相对；

20、基于判断结果生成对应的所述第二判断值。

21、进一步的，在一个实施例中，所述结合所述第一判断值和所述第二判断值，求取综合夹持意图判断值包括下述步骤：

22、基于公式(1)，求取所述综合夹持意图判断值；

23、m＝beta*m1+(1-beta)*m2；                            (1)

24、beta＝1/v_i；                                          (2)

25、v_i＝(t2-t1)/t；                                       (3)

26、其中，beta表示缩放系数；v_i表示手指运行速度；m1表示所述第一判断值；m2表示所述第二判断值；m表示所述综合夹持意图判断值；t2表示所述当前输入位姿；t1表示t时间间隔前的输入位姿；和/或，

27、所述基于每个手指的运动方向，判断是否存在任意两个手指的运动方向相对包括下述步骤：

28、求取任意两个手指的所述运动方向的向量和的范数；

29、判断所述向量和的范数是否满足预设阈值条件，以得到所述是否存在任意两个手指的运动方向相对的判断结果；和/或，

30、所述基于判断结果生成对应的所述第二判断值包括下述步骤：

31、当不存在任意两个手指的运动方向相对时，所述第二判断值等于0；当存在任意两个手指的运动方向相对时，基于公式(5)计算所述第二判断值；

32、m2＝1-r/r_lim                                           (5)

33、其中，m2表示所述第二判断值；r表示所述向量和的范数；r_lim表示预设阈值。

34、进一步的，在一个实施例中，所述对输入位姿进行预设限制转换以得到输出位姿包括下述步骤：

35、将所述当前输入位姿投影在所述当前力值的坐标系下，得到投影后的位姿；

36、将所述投影后的输入位姿根据所述当前力值进行缩放，得到所述输出位姿。

37、进一步的，在一个实施例中，所述将所述投影后的输入位姿根据所述当前力值进行缩放，得到所述输出位姿包括下述步骤：

38、基于公式(5)求取所述输出位姿；

39、t_o＝theta*|f-f_e|/|f|*(t_ie)                       (4)

40、其中，theta为缩放系数；f_e为当前力值；t_ie表示所述投影后的位姿；t_i表述当前输入位姿；t_o表示所述输出位姿；f表示预设的受力最大值。

41、进一步的，在一个实施例中，所述基于所述触觉信息判断末端执行器是否进入接触状态包括下述步骤：

42、判断所述力值是否超过预设力阈值的预设比例；

43、若超过，视为进入所述接触状态；和/或，

44、所述手部的遥操作控制方法还包括下述步骤：

45、基于关节速度的额定最大值和当前力值计算当前的手指运动速度。

46、第二方面，本技术实施例提供一种手部的遥操作控制装置，所述装置包括：

47、位姿获取模块，用于获取基于主端交互器采集的当前输入位姿；

48、夹持判断模块，用于基于所述当前输入位姿判断操作者是否存在夹持意图；

49、力值获取模块，用于获取基于力/触觉传感器测量的当前力值；

50、接触判断模块，用于基于所述当前力值判断末端执行器是否进入接触状态；

51、限制转换模块，用于当判断存在夹持意图和/或进入接触状态，对输入位姿进行预设限制转换以得到输出位姿；

52、指令生成模块，用于基于所述输出位姿生成运动控制指令，以指示末端执行器执行对应操作。

53、第三方面，本技术实施例提供一种遥操作系统，所述遥操作系统包括：所述遥操作系统包括：主端交互器、从端图像传感器、末端执行器、力/触觉传感器和控制器；力/触觉传感器设置于末端执行器，主端交互器设置于操作者的手部；

54、所述控制器分别与所述主端交互器、所述从端图像传感器、所述末端执行器、所述力/触觉传感器通信连接；

55、所述控制器用于实现上面所述手部的遥操作控制方法的步骤。

56、第四方面，本技术实施例提供一种控制器，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上面所述的手部的遥操作控制方法的步骤。

57、第五方面，本技术示例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上面所述的手部的遥操作控制方法的步骤。

58、与现有技术相比，本技术实施例主要有以下有益效果：

59、本技术实施例通过基于当前输入位姿判断操作者是否存在夹持意图；基于当前力值判断末端执行器是否进入接触状态；当判断存在夹持意图和进入接触状态中至少出现任意一种情况时，对当前输入位姿进行限制转换以限制受力方向上的位移，后续基于输出位姿生成运动控制指令，以指示末端执行器执行对应操作，以在与物体接触、碰撞等情况发生前对手部运动进行预测。