一种具身机器人的遥操作系统和遥操作方法与流程

本技术涉及具身机器人遥操作，具体涉及一种具身机器人的遥操作系统和遥操作方法。

背景技术：

1、具身机器人是具备实体物理形态、可在真实环境中自主完成感知-决策-执行-反馈全流程动作的智能机器人系统。伴随具身智能技术的高速发展，遥操作早已突破传统远程控制的定位，成为具身机器人获取高质量训练数据、习得复杂操作技能的核心手段，是典型的“人机回环”式数据采集过程：操作员通过专属控制设备操控机器人完成目标作业，系统同步记录动作指令、视觉信息、力觉反馈等多源数据，形成适配模仿学习训练的状态-动作对。

2、作为连接人类操作能力与机器人执行端的核心桥梁，遥操作系统是人形机器人复现人类精细操作技能的关键系统，通过采集人类成熟的操作数据训练机器人模型，可有效推动机器人从“需人工遥控”向“可自主作业”演进。

3、在现有的具身机器人遥操作系统中，精密插拔作业普遍面临力反馈精度不足与维度单一的技术瓶颈。由于传统系统无法根据插入过程的物理阶段动态调整力反馈增益，操作者难以实时、准确地感知对中误差、阻力渐变以及到位冲击等关键触觉信息。这种触觉信息的缺失，不仅极易引发因对中偏差导致的端子损坏或因过冲造成的锁紧失效，严重降低了作业的成功率与质量；同时也使得操作者在精细作业时缺乏对真实交互触感的直观把握，极大制约了遥操作的灵巧性与整体效率。

技术实现思路

1、鉴于以上内容，有必要提供一种具身机器人的遥操作系统和遥操作方法，解决上述问题。

2、本技术第一方面提供一种具身机器人的遥操作方法，所述方法包括：

3、在具身机器人的遥操作过程中，采集插拔方向的轴向力、垂直于插拔方向的弯矩、从端处的力矢量以及沿插入方向的绝对位移；

4、获取轴向力随绝对位移变化的关系曲线，基于所述关系曲线的局部形状特征，将整个遥操作过程切分为多个连续的插拔阶段；

5、基于插拔方向的轴向力、垂直于插拔方向的弯矩以及力臂长度，确定对中误差角；根据对中误差角与相应插拔阶段预设的误差角损伤阈值，确定安全风险系数；基于插入速度与标准速度的比值，结合对轴向力进行速度归一化的结果，确定进度因子；对相邻时刻的轴向力的变化率进行分析，并将其与滑动平均变化率进行比较，确定实时力变化率比值；

6、依据当前插拔阶段获取对应的基准增益系数，结合所述安全风险系数、所述进度因子、所述实时力变化率比值，得到反馈增益系数，并与所述力矢量作运算处理，在最后的插拔阶段叠加到位脉冲信号，生成主端力反馈指令用于驱动力反馈设备。

7、优选的，所述将整个遥操作过程切分为多个连续的插拔阶段的具体过程为：

8、将所述关系曲线中轴向力由零跳变后出现的第一个极小值点，作为未接触阶段与导向接触阶段的分界点；

9、在导向接触阶段之后，当预设的滑动窗口内关系曲线的局部斜率的方差低于预设方差阈值，且当滑动窗口内的局部斜率均值处于预设区间内时，判定进入线性插入阶段；将所述局部斜率均值处于预设区间的第一个数据点，作为导向接触阶段与线性插入阶段的分界点；

10、在线性插入阶段之后，实时计算当前线性插入阶段的平均轴向力，当当前时刻的轴向力大于设定的动态阈值，判定进入完成插入阶段。

11、优选的，所述确定对中误差角，具体为：

12、获取力臂长度与插拔方向的轴向力的乘积；对垂直于插拔方向的所有弯矩进行合成，并与所述乘积的负相关映射结果进行正向融合后，代入反正切三角函数中，得到对中误差角。

13、优选的，所述确定安全风险系数，具体为：

14、预设导向接触阶段与线性插入阶段的误差角损伤阈值；对于这两个阶段，获取当前阶段的对中误差角与相应阶段的所述误差角损伤阈值之间的比较结果，将所述比较结果与数值1的最大值作为相应阶段的安全风险系数。

15、优选的，所述确定进度因子，具体为：

16、获取当前时刻的插入速度的绝对值与预设的标准速度的比值的平方根，将所述平方根与当前时刻的轴向力相乘，得到速度归一化后的轴向力；对当前时刻的速度归一化后的轴向力基于导向接触阶段结束时刻的速度归一化后的轴向力与预设的理论满行程力进行归一化处理，得到进度因子。

17、优选的，所述确定实时力变化率比值，具体为：

18、基于各时刻与前一时刻的轴向力变化情况，得到各时刻的轴向力变化率；计算自进入线性插入阶段以来到当前时刻的轴向力的滑动平均变化率；将各时刻的轴向力变化率与所述滑动平均变化率之间的比值，作为实时力变化率比值。

19、优选的，所述得到反馈增益系数的具体过程为：

20、在导向接触阶段，将基准增益系数与安全风险系数的乘积作为反馈增益系数；

21、在线性插入阶段，将基准增益系数、安全风险系数以及所述进度因子的乘积作为反馈增益系数；

22、在完成插入阶段，计算基准增益系数与实时力变化率比值的乘积，并用预设数值进行最大截断，得到反馈增益系数。

23、优选的，所述生成主端力反馈指令，具体为：

24、将所述反馈增益系数与所述力矢量相乘，得到基准力反馈指令；判断当前是否进入完成插入阶段；若是，生成到位脉冲信号，将所述基准力反馈指令与所述到位脉冲信号进行叠加，生成主端力反馈指令以驱动所述力反馈设备。

25、优选的，所述到位脉冲信号为进入完成插入阶段瞬间触发、维持预设时长、并且幅值为预设基准上限力的方波力信号。

26、第二方面，本技术实施例还提供了一种具身机器人的遥操作系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意一项所述方法的步骤。

27、本技术至少具有以下有益效果：

28、本技术通过实时采集轴向力与绝对位移数据，利用关系曲线的局部形状特征将遥操作过程动态切分为多个连续的插拔阶段。这种基于物理接触状态的精细化阶段划分，打破了传统遥操作中单一、僵化的控制模式，能够精准识别从端机器人在未接触、导向接触、线性插入及到位预警等不同阶段的真实交互状态。在此基础上，深入挖掘多维力学信息，结合轴向力、弯矩及力臂长度精确计算出对中误差角，并将其与预设阈值比对得出安全风险系数；同时，通过将插入速度与标准速度比值同归一化后的轴向力相结合确定进度因子，并引入滑动平均变化率分析以获取实时力变化率比值。这些具有明确物理意义的中间特征量被有机串联，构成了一个多维度、高保真的感知体系，为后续的自适应控制提供了坚实的数据支撑，解决了复杂装配过程中因缺乏触觉反馈而操作者难以准确判断作业状态的难题。

29、在生成主端力反馈指令时，本技术依据当前所处的具体插拔阶段匹配相应的基准增益系数，并将前述的安全风险系数、进度因子和实时力变化率比值进行深度融合运算，从而动态生成高度契合当前工况的反馈增益系数。这一机制确保了力反馈设备输出的力矢量不仅在数值上准确反映从端的受力大小，更在质感上完美还原了真实的物理交互体验，帮助操作者做出精确的手部微调。尤为关键的是，在最后的插拔阶段叠加了到位脉冲信号，这种预测性的触觉提示能够在接插件即将锁紧的瞬间给予操作者明确的确认感。整体而言，该方法不仅大幅提升了精密插拔任务的成功率和安全性，还有效降低了操作者的认知负荷与疲劳感，实现具身机器人遥操作中手脑一体的沉浸式精准操控。