1.基于可变虚拟夹具的无中断人机工作流耦合的解决方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的基于可变虚拟夹具的无中断人机工作流耦合的解决方法,其特征在于,步骤s1中在操作者和环境施加的外部力矩影响下,根据理想的环境阻抗特征确定期望的主机器人运动,其中,qmd、和分别表示关节空间下主机器人的期望位置、速度、加速度,qm和分别表示主机器人的当前位置、速度,me和ce是理想的环境阻抗参数,gm为重力力矩,τh是操作者对主机器人施加的力矩,τe是从机器人与环境交互的力矩,其中包括真实环境的力矩τr以及虚拟夹具的引导力矩τvf。
3.根据权利要求2所述的基于可变虚拟夹具的无中断人机工作流耦合的解决方法,其特征在于,步骤s2中根据主机器人当前位置与期望位置的误差,通过力矩控制器得到此时对主机器人的控制力矩;由于通信的影响,传递给从机器人的位置信息存在高频噪声,先经过低通滤波器,得到从机器人的期望运动,再根据从机器人当前位置与期望位置的误差,通过力矩控制器得到此时对从机器人的控制力矩,并与环境进行交互;其中的力矩控制器是通过基于李雅普诺夫稳定判据的反步进控制来实现的,主机器人和从机器人的控制力矩计算公式如下:
4.根据权利要求3所述的基于可变虚拟夹具的无中断人机工作流耦合的解决方法,其特征在于:步骤s2中,由于操作者施加的力与真实环境的交互力是通过力传感器测量的,因此引入相应的死区,当测量到的力低于特定阈值时,力被视为零,同时增大环境的阻抗特性参数me和ce。
5.根据权利要求1所述的基于可变虚拟夹具的无中断人机工作流耦合的解决方法,其特征在于,步骤s3中,在实际的实验室人机协作工作流中,一个常见的操作是使用移液管从运行中的自动化工作流中提取液体样本,分为两个阶段:将移液器对准试管架上的特定试管的对齐阶段和向下插入移液器进行后续操作的插入阶段,针对这两个阶段设计一种可变形状虚拟夹具,两种可变形状包括:在对准阶段时工作区域大且操作对象的位置集中,采用漏斗形虚拟夹具,该漏斗形虚拟夹具是将从机器人的工作区域限定在试管架的范围内;选好特定的试管后,操作者通过按钮来将此虚拟夹具变为圆柱形,会产生在所选试管的位置,在将从机器人工作区域与运动的自动化端保持一致的同时,限制从机器人末端工具的方向保持与试管对齐。
6.根据权利要求5所述的基于可变虚拟夹具的无中断人机工作流耦合的解决方法,其特征在于:根据任务阶段的不同,虚拟夹具的形状完成切换,如是对齐阶段,则虚拟夹具设置为双曲面形成的漏斗形,并不启用对从机器人的姿态约束;如是插入阶段,则虚拟夹具设置为圆柱形,启用姿态约束。
7.根据权利要求1所述的基于可变虚拟夹具的无中断人机工作流耦合的解决方法,其特征在于,步骤s4中通过虚拟夹具的几何关系,计算出虚拟夹具施加的力矩,包括:
8.根据权利要求7所述的基于可变虚拟夹具的无中断人机工作流耦合的解决方法,其特征在于:若启用了姿态约束,则计算当前从机器人末端工具的姿态与设定的虚拟夹具方向向量nvf的夹具,然后通过与步骤s46同样的方法计算施加给从机器人的力矩,该力矩与步骤s46中计算的力合并,得到wrenchvf;