CN115113517A - 双边力反馈方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种双边力反馈方法、装置、设备及介质。该方法应用于***控制器中，***控制器与双边遥操作***的第一操作平台和第二操作平台均具有通信连接，该方法包括：采集第一信息，第一信息包括第二操作平台的运动信息和力矩信息中的至少一种，以及第一操作平台自身控制的运动信息和力矩信息中的至少一种；基于第一信息生成第一控制信号；根据第一控制信号控制第一操作平台执行与第一信息对应的运动。通过采集第二操作平台的运动信息和力矩信息中的至少一种，以及第一操作平台自身控制的运动信息和力矩信息中的至少一种，使得第一控制信号的控制参数更加准确，保证***控制器对于第一操作平台的实际控制运动能够与期望控制运动相同。
Description
技术领域
本申请涉及遥操作技术领域，特别涉及一种双边力反馈方法、装置、设备及介质。
背景技术
随着科技的发展，双边遥操作***被广泛地应用于工业和日常生活中，以便代替人类来处理某些或复杂、或危险、或不便的事件。
双边遥操作***通常采用基于两通道的***控制架构。基于两通道的***控制架构中，需要在主端操作平台和从端操作平台中分别设置控制器，通过至少两个控制器之间的控制信号的传输实现主端操作平台和从端操作平台的信息交互。具体的，主端操作平台的第一控制器将主端操作平台的第一运动信息和/或力矩信息发送至从端操作平台的第二控制器；从端操作平台响应于第一运动信息和/力矩信息进行运动，同时从端操作平台的第二控制器将从端操作平台与外界环境的第二运动信息和/或力矩信息反馈给主端操作平台的第一控制器。
由于运动信息和力矩信息的关系较为复杂，实际应用中通常将控制信号中的运动信息和力矩信息等效为简单的阻抗关系。以主端操作平台向从端操作平台发送第一运动信息和/或力矩信息为例，从端操作平台的第二控制器接收到的控制信号中的控制参数，仅是通过简单转换后的从端操作平台的期望位置增量信息或者期望驱动力矩信息的参数信息，使得参数信息不够精确，从而导致从端操作平台的实际运动与主端操作平台的期望运动的差异较大。相应的，主端操作平台的实际反馈运动与从端操作平台的期望反馈运动的差异也较大。
发明内容
本申请实施例提供了一种双边力反馈方法、装置、设备及介质，使得***控制器对于第一操作平台的实际控制运动与期望控制运动相同。所述技术方案如下：
根据本申请的一个方面，提供了一种双边力反馈方法，应用于***控制器中，***控制器与双边遥操作***的第一操作平台和第二操作平台均具有通信连接，方法包括：
采集第一信息，第一信息包括第二操作平台的运动信息和力矩信息中的至少一种，以及第一操作平台自身控制的运动信息和力矩信息中的至少一种；
基于第一信息生成第一控制信号；
根据第一控制信号控制第一操作平台执行与第一信息对应的运动。
根据本申请的一个方面，提供了一种双边力反馈装置，该装置与双边遥操作***的第一操作平台和第二操作平台均具有通信连接，装置包括：
采集模块，用于采集第一信息，第一信息包括第二操作平台的运动信息和力矩信息中的至少一种，以及第一操作平台自身控制的运动信息和力矩信息中的至少一种；
生成模块，用于基于第一信息生成第一控制信号；
控制模块，用于根据第一控制信号控制第一操作平台执行与第一信息对应的运动。
根据本申请的一个方面，提供了一种计算机设备，计算机设备包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一条程序代码，程序代码由处理器加载并执行以实现如上所述的双边力反馈方法。
根据本申请的一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有可执行指令，可执行指令由处理器加载并执行以实现如上所述的双边力反馈方法。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
通过采集第二操作平台的运动信息和力矩信息中的至少一种，以及第一操作平台自身控制的运动信息和力矩信息中的至少一种，使得第一控制信号的控制参数更加准确，保证***控制器对于第一操作平台的实际控制运动能够与期望控制运动相同，从而使得双边遥操作***的控制更加便捷和直观。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一个示例性实施例提供的双边力反馈方法的应用场景示意图；
图2是本申请一个示例性实施例提供的双边力反馈方法的应用场景示意图；
图3是本申请一个示例性实施例提供的双边力反馈方法的流程图；
图4是本申请一个示例性实施例提供的双边力反馈方法在操作示意图；
图5是本申请一个示例性实施例提供的导纳控制器的原理示意图；
图6是本申请一个示例性实施例提供的阻抗控制器的原理示意图；
图7是本申请一个示例性实施例提供的双边力反馈方法的流程图；
图8是本申请一个示例性实施例提供的双边力反馈方法的流程图；
图9是本申请一个示例性实施例提供的***控制架构的框架图；
图10是本申请一个示例性实施例提供的双边力反馈方法的多种应用场景的示意图；
图11是本申请一个示例性实施例提供的双边力反馈装置的结构图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
图1和图2示出了本申请一个示例性实施例提供的双边遥操作***的应用场景的示意图。如图1和图2所示，该应用场景包括第一操作平台101、第二操作平台102和***控制器103。
其中,第一操作平台101和第二操作平台102之间可以通过***控制器103实现数据交互。以第一操作平台101是主端操作平台，第二操作平台102是从端操作平台为例：
主端操作平台101是双边遥操作***的控制平台，通常由操作人员控制。跟随操作人员的手势、动作或辅助装置的控制，主端操作平台101可以进行同样的运动，同时，主端操作平台101可以获取到该运动的相关信息。示意性的，该运动的相关信息包括运动信息和力矩信息中的至少一种。示意性的，主端操作平台101包括机械臂、机械手控制组件中的至少一种，操作人员通过对机械臂或机械手控制组件的操作实现对主端操作平台101的控制。
主端操作平台101获取运动的相关信息有多种实现方式，示意性的，在主端操作平台101上设置力矩传感器、触觉传感器、多指力反馈组件等，通过这些辅助装置可以获取到主端操作平台101自身运动的相关信息以及操作人员的运动的相关信息。同时，主端操作平台101还可以向操作人员传递从端操作平台102的反馈运动。比如，从端操作平台102箱主端操作平台101反馈的信息包括机械臂向右运动0.5米，主端操作平台101的机械臂将带动操作人员的机械臂向右运动0.5米。
从端操作平台102是双边遥操作***的被控平台，响应于主端操作平台101的运动而进行对应的运动。示意性的，从端操作平台102包括机械臂、机械手中的至少一种，***控制器103可以控制机械臂和/或机械手的运动。
类似的，从端操作平台102也可以获取到从端操作平台102自身运动的相关信息以及从端操作平台102与外部环境的接触信息。从端操作平台102获取运动的相关信息有多种实现方式，示意性的，在从端操作平台102上设置力矩传感器、触觉传感器、电子皮肤等。同时，从端操作平台102还可以向主端操作平台101反馈相关的运动信息和/或力矩信息。比如，通过电子皮肤，从端操作平台102可以向主端操作平台101反馈接触到的物品的温度、表面粗糙程度等。
具体的，通过***控制器103进行的数据交互，至少包括如下两种实现方式：
实现方式一：示意性的如图1所示，***控制器103分别与第一操作平台101、第二操作平台102建立通信连接，通过***控制器103分别控制第一操作平台101和第二操作平台102的运动。主端操作平台101采集操作人员对主端操作平台101的操作信息，并将操作信息发送至***控制器103，***控制器103根据操作信息生成从端操作平台102的控制信号，并将控制信号发送给从端操作平台102的执行器，通过从端操作平台102的执行器实现对从端操作平台102的控制。同样的，从端操作平台102采集从端操作平台102的反馈信息，并将反馈信息发送至***控制器103，***控制器103根据反馈信息生成主端操作平台101的反馈信号，并将该反馈信号发送给主端操作平台101，通过主端操作平台101中的执行器实现运动反馈。
实现方式二：示意性的如图2所示，主端操作平台101中设置有第一控制器，从端操作平台102中设置有第二控制器，第一控制器与第二控制器之间具有网络连接。此时，第一控制器和第二控制器相当于***控制器103。在双边遥操作***的使用中，第一控制器根据操作人员对主端操作平台101的操作信息生成控制信号后发送至第二控制器，由第二控制器控制从端操作平台102的运动。同样的，第二控制器根据从端操作平台102的运动生成反馈信号后发送至第一控制器，由第一控制器向主端操作平台101提供相应的反馈运动。
如上仅以示例性的方法对本申请涉及的双边遥操作***的应用场景进行说明，不对本申请实施例提供的双边力反馈方法造成限定，其他可以实现主端操作平台101和从端操作平台102之间的数据交互的应用场景亦可。
示意性的如图3所示，本申请实施例提供了一种双边力反馈方法，应用于如图1或图2所示的应用场景中。
示意性的，本申请实施例提供了一种双边力反馈方法，应用于***控制器中，***控制器与双边遥操作***的第一操作平台和第二操作平台均具有通信连接。
示意性的，第一操作平台是主端操作平台和从端操作平台中的一个，第二操作平台是主端操作平台和从端操作平台中的另一个。其中，主端操作平台的个数和从端操作平台的个数可根据实际需要进行设定。示意性的，主端操作平台可以是一个或者多个。示意性的，从端操作平台可以是一个或多个。本申请中的实施例均以双边遥操作***包括一个主端操作平台和一个从端操作平台为例。
示意性的，***控制器用于采集第一操作平台和第二操作平台的运动信息和力矩信息中的至少一种，并根据上述信息生成第一操作平台和第二操作平台的控制信号，同时，***控制器还用于根据生成的控制信号控制第一操作平台和/或第二操作平台的运动。
其中，运动信息包括第一操作平台自身控制的运动信息、第二操作平台自身控制的运动信息、操作人员对第一操作平台的控制的运动信息、第二操作平台的外部环境对第二操作平台的影响的运动信息中的至少一种。力矩信息包括第一操作平台自身控制的力矩信息、第二操作平台自身控制的力矩信息、操作人员对第一操作平台的控制的力矩信息、第二操作平台的外部环境对第二操作平台的影响的力矩信息中的至少一种。
示意性的，运动信息包括但不限于第一操作平台和/或第二操作平台的位置变化量、位置变化速度值、角加速度值中的至少一种。力矩信息包括但不限于第一操作平台和/或第二操作平台的力的大小、力的方向、力的速度中的至少一种。
以第一操作平台是主端操作平台、第二操作平台是从端操作平台为例，示意性的如图4所示，操作人员通过手柄401实现对主端操作平台410的控制，从端操作平台420与外部环境之间产生信息交互，该信息交互内容包括从端操作平台420对外部环境的运动力、外部环境对从端操作平台420的接触力、从端操作平台420的位置变动情况中的至少一种。其中，主端操作平台410和从端操作平台420之间通过***控制器实现信息交互，信息交互包括主端操作平台410的位置信息和交互力信息、从端操作平台420的接触力信息和位置信息中的至少一种。
以主端操作平台410包括第一力矩传感器402为例，***控制器通过第一力矩传感器402采集主端操作平台410的运动信息和/或力矩信息，第一力矩传感器402可以对操作人员对主端操作平台410施加的交互力进行检测。以从端操作平台420包括第二力矩传感器403为例，***控制器通过第二力矩传感器403采集从端操作平台420的运动信息和/或力矩信息，第二力矩传感器403可以对从端操作平台420与外部环境的接触力进行检测。同时，从端操作平台420上还设置有末端执行器404，用于实现控制从端操作平台420的运动。
以第一操作平台是主端操作平台410、第二操作平台是从端操作平台420为例，示意性的如图4所示，在本申请实施例提供的一个示例性的双边遥操作***中，至少存在如下三个信息交互的闭环。
主端操作平台410自身控制的闭环：操作人员对主端操作平台410进行操作，主端操作平台410通过第一力矩传感器402感知操作人员的操作力的相关信息，包括但不限于驱动力矩和位置增量中的至少一种，第一力矩传感器402将感知到的主端操作平台410的运动信息和/或力矩信息传递至***控制器。比如，操作人员握持手柄401向前运动0.5米，主端操作平台410通过第一力矩传感器402获知该运动信息。同时，***控制器在接收到从端操作平台420的反馈信息后，控制主端操作平台410进行相应的反馈运动，该运动在主端操作平台410自身控制的闭环中反馈至操作人员。比如，***控制器控制主端操作平台410向右前方平移0.2米，主端操作平台410通过手柄401带动操作人员的手向右前方平移0.2米。
主端操作平台410和从端操作平台420交互的闭环：***控制器通过第一力矩传感器402采集主端操作平台410的运动信息和/或力矩信息，通过第二力矩传感器403采集从端操作平台420的运动信息和/或力矩信息，根据上述信息生成从端操作平台420的控制信号，该控制信号中至少包括主端操作平台410的位置信息和交互力信息的控制参数。***控制器根据该控制信号控制从端操作平台420进行相应的运动，同时再次通过第一力矩传感器402采集主端操作平台410的运动信息和/或力矩信息，第二力矩传感器403采集从端操作平台420的运动信息和/或力矩信息。***控制器根据再次采集的信息生成主端操作平台410的反馈信号，该反馈信号中至少包括从端操作平台420的接触力信息和位置信息，由此形成交互的闭环。
从端操作平台420自身控制的闭环：在***控制器控制从端操作平台420运动的过程中，从端操作平台420根据控制信号进行相应的运动，对外部环境产生作用。同时，外部环境将对从端操作平台420产生反馈作用。比如，从端操作平台420根据控制信号向上举起机械臂，在从端操作平台420的机械臂向上运动的路线上存在一个弹簧，机械臂触及该弹簧产生推动力将其推开并继续向上运动，随后弹簧产生一个回弹力作用于机械臂上，使得机械臂产生一定的位移。
其中，在主端操作平台410和从端操作平台420交互的闭环中，***控制器生成控制信号并控制主端操作平台410和从端操作平台420的运动。
根据前述内容，本申请实施例提供的双边力反馈方法包括如下步骤：
步骤302：采集第一信息。
示意性的，第一信息包括第二操作平台的运动信息和力矩信息中的至少一种，以及第一操作平台自身控制的运动信息和力矩信息中的至少一种。
根据前述内容，运动信息包括第一操作平台自身控制的运动信息、第二操作平台自身控制的运动信息、操作人员对第一操作平台的控制的运动信息、第二操作平台的外部环境对第二操作平台的影响的运动信息中的至少一种。力矩信息包括第一操作平台自身控制的力矩信息、第二操作平台自身控制的力矩信息、操作人员对第一操作平台的控制的力矩信息、第二操作平台的外部环境对第二操作平台的影响的力矩信息中的至少一种。
示意性的，第二操作平台的运动信息包括第二操作平台自身控制的运动信息、第二操作平台的外部环境对操作平台的影响的运动信息中的至少一种。第二操作平台的力矩信息包括第二操作平台自身控制的力矩信息、第二操作平台的外部环境对操作平台的影响的力矩信息中的至少一种。也即，第二操作平台自身控制的信息交互闭环中所涉及到的信息、第一操作平台和第二操作平台交互的闭环中所涉及到的与第二操作平台相关的信息均包括在第一信息中。
示意性的，第二操作平台的运动信息和/或力矩信息包括但不限于如下信息中的至少一种：
第二操作平台的位置增量；
第二操作平台的位置控制量；
第二操作平台的驱动力矩；
第二操作平台与第二外部环境的作用力矩。
示意性的，第一操作平台自身控制的运动信息和/或力矩信息，包括在第一操作平台自身控制的信息交互闭环中所涉及到的信息。具体的，第一操作平台自身控制的运动信息和/或力矩信息包括但不限于如下信息中的至少一种：
第一操作平台的位置增量；
第一操作平台的位置控制量；
第一操作平台的驱动力矩；
第一操作平台与第一外部环境的作用力矩。
其中，位置增量仅在第一操作平台或第二操作平台是主端操作平台时存在，是指主端操作平台相对于初始运动位置的增量信息。示意性的，位置增量包括但不限于主端操作平台的位移量、关节位置变化量、位移变化速度值、关节位置变化速度值中的至少一个。示意性的，位置增量的变化受到操作人员对主端操作平台的控制的影响、以及从端操作平台的运动反馈的影响中的至少一种。
位置控制量仅在第一操作平台或第二操作平台是从端操作平台时存在，是指从端操作平台受到***控制器的控制的变化量信息，包括但不限于从端操作平台的位移量、关节位置变化量、位移变化速度值、关节位置变化速度值中的至少一个。示意性的，位置控制量的变化受到主端操作平台对从端操作平台的控制的影响、以及从端操作平台的外部环境对从端操作平台的影响中的至少一种。
驱动力矩是指***控制中的控制信号对于第一操作平台或第二操作平台的驱动力的控制量。示意性的，驱动力矩的变化受到控制信号中的力矩信息的控制参数的影响。
作用力矩包括交互力矩和接触力矩，交互力矩仅在第一操作平台或第二操作平台是主端操作平台时存在，是指主端操作平台接收到的操作人员的交互力矩；接触力矩仅在第一操作平台或第二操作平台是从端操作平台时存在，是指从端操作平台的外部环境对从端操作平台的接触力矩。
驱动力矩、接触力矩和交互力矩均包括力的大小的值、方向、速度值中的至少一种。
步骤304：基于第一信息生成第一控制信号。
示意性的，第一控制信号由第一控制模式生成。其中，第一控制模式设置在***控制器中。
根据第一信息的不同，生成的第一控制信号也不同。示意性的，第一控制信号包括第一运动控制信号和第一力控制信号中的至少一种，其中，第一运动控制信号用于控制第一操作平台的运动信息相关的参数，第一力控制信号用于控制第一操作平台的力矩信息相关的参数。
步骤306：根据第一控制信号控制第一操作平台执行与第一信息对应的运动。
示意性的，在第一操作平台是主端操作平台时，第一控制信号用于控制主端操作平台执行运动，该运动受到从端操作平台的运动的影响、以及主端操作平台的自身控制的影响。在第一操作平台是从端操作平台时，第一控制信号用于控制从端操作平台执行运动，该运动受到主端操作平台的运动的影响、以及从端操作平台的自身控制的影响。
综上所述，本申请实施例提供的双边力反馈方法，通过第一控制信号，第一操作平台可以获取第二操作平台的运动信息和/或力矩信息，以及第一操作平台自身控制的运动信息和/或力矩信息，使得***控制器对于第一操作平台的实际控制运动能够与期望控制运动相同，从而使得双边遥操作***的控制更加便捷和直观。
示意性的，本申请实施例提供的双边力反馈方法中，***控制器中包括导纳控制模式和阻抗控制模式两种控制模式中的至少一种。在***控制器包括导纳控制模式和阻抗控制模式时，主端操作平台和从端操作平台可任选其一作为其控制模式。示意性的，主端操作平台和从端操作平台选择的控制模式可以是相同的，也可以是不同的。
其中，导纳控制模式是基于导纳原理对第一操作平台和/或第二操作平台的运动进行控制的一种控制模式，阻抗控制模式是基于阻抗原理对第一操作平台和/或第二操作平台的运动进行控制的一种控制模式。关于导纳控制模式和阻抗控制模式的阐述将在下文中展开，在此不做过多描述。
在力学中，导纳原理和阻抗原理与电学中的导纳和阻抗的概念相似。其中，导纳原理是指输入势(可视为力矩信息，如推动力)，输出流(可视为运动信息，如关节角加速度)；阻抗原理是指输入流，输出势。具体可阐述如下：
示意性的如图5所示，导纳控制模式下，***控制器的伺服控制器为关节位置伺服控制器。其中，Fd为第一操作平台和/或第二操作平台的期望力，qd为第一操作平台和/或第二操作平台的期望关节角度，Fr为第一操作平台和/或第二操作平台的实际交互力。
在第一操作平台和/或第二操作平台的控制模式为导纳控制模式下，***控制器向关节位置伺服控制器发送期望力和期望关节角度中的至少一种的控制信号，关节位置伺服控制器根据该控制信号控制第一操作平台和/或第二操作平台进行关节位置的变化运动，同时将第一操作平台和/或第二操作平台的实际交互力反馈给***控制器。其中，期望力、期望关节角度和实际交互力受到第一操作平台和/或第二操作平台的自身控制的影响。相当于，在导纳控制模式下，控制信号受到第一操作平台和/或第二操作平台、以及第一操作平台和/或第二操作平台与外部环境的交互的影响。
示意性的如图6所示，阻抗控制模式下，***控制器的伺服控制器为关节力伺服控制器。其中，Fd为第一操作平台和/或第二操作平台的期望力，qd为第一操作平台和/或第二操作平台的期望关节角度，qr为第一操作平台和/或第二操作平台的实际关节角度，Fr为第一操作平台和/或第二操作平台的实际交互力。
在第一操作平台和/或第二操作平台的控制模式为导纳控制模式下，***控制器向关节力伺服控制器发送期望力和期望关节角度中的至少一种的控制信号，关节力伺服控制器根据该控制信号控制第一操作平台和/或第二操作平台进行关节力的变化运动，同时将第一操作平台和/或第二操作平台的实际关节角度和实际交互力反馈给***控制器。其中，期望力、期望关节角度、实际关节角度和实际交互力受到第一操作平台和/或第二操作平台的自身控制的影响。相当于，在导纳控制模式下，控制信号受到第一操作平台和/或第二操作平台、以及第一操作平台和/或第二操作平台与外部环境的交互的影响。
也即，对于本申请实施例提供的双边力反馈方法中涉及到的力控制***来说，***控制器生成的控制信号受到第一操作平台和/或第二操作平台的自身控制、以及第一操作平台和/或第二操作平台与外部环境的交互的影响。
示意性的，本申请实施例提供的双边力反馈方法中，步骤304有如下实现方式：根据第一关系生成与第一信息对应的第一控制信号。
其中，第一关系是经过第一操作平台与第一外部环境作用时的运动信息和力矩信息进行修正后的二阶关系。示意性的，第一外部环境是指第一操作平台的运动环境，包括但不限于操作人员对于第一操作平台的控制环境、第一操作平台进行运动时的接触环境中的一种。
示意性的，第一关系适用于运动信息和力矩信息的二阶模型。
除第一操作平台外，第二操作平台在与第二外部环境作用时，存在类似的第二关系，该第二关系同样适用于运动信息和力矩信息的二阶模型。示意性的，第二关系是经过第二操作平台与第二外部环境作用时的运动信息和力矩信息进行修正后的二阶关系。其中，第二外部环境是指第二操作平台的运动环境，包括但不限于操作人员对于第二操作平台的控制环境、第二操作平台进行运动时的接触环境中的一种。示意性的，第一外部环境与第二外部环境是不同的环境。
示意性的，第一关系和第二关系均适用于如下二阶模型：
其中，e＝q-qd为第一操作平台和/或第二操作平台的实际关节角q与第一操作平台和/或第二操作平台的期望关节角度qd的偏差，
是e的一阶导数，
是e的二阶导数；Md为第一操作平台和/或第二操作平台在力控制***中的惯性矩阵；Dd为第一操作平台和/或第二操作平台在力控制***中的阻尼矩阵；Kd为第一操作平台和/或第二操作平台在力控制***中的刚度矩阵；JT为第一操作平台和/或第二操作平台的雅可比矩阵；Fd为第一操作平台基于第一外部环境的交互力，或者，为第二操作平台基于第二外部环境的交互力；Ff和Fp为第一操作平台与第二操作平台的运动信息和力矩信息对应的感知力，或者，为第二操作平台与第一操作平台的运动信息和力矩信息对应的感知力。
示意性的，惯性矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵和雅可比矩阵可根据实际需要进行限定，本申请在此不做限定。
以下以第一操作平台是主端操作平台、第二操作平台是从端操作平台为例，给出第一控制信号的如下两种可选的生成方式：
一、***控制器采用的第一控制模式是导纳控制模式。
在第一控制模式是导纳控制模式的情况下，步骤302有如下实现方式：
采集主端操作平台自身控制的运动信息、从端操作平台的运动信息和力矩信息。
步骤304有如下实现方式：
根据第一关系生成与主端操作平台自身控制的运动信息对应的主端操作平台自身控制的位置增量，根据第一关系生成与从端操作平台的运动信息对应的第一等效关节位置控制量，根据第一关系生成与从端操作平台的力矩信息对应的第二等效关节位置控制量；
通过导纳控制模式，基于主端操作平台自身控制的位置增量、第一等效关节位置控制量和第二等效关节位置控制量生成第一运动控制信号，第一运动控制信号用于控制主端操作平台的位置增量的参数。
示意性的，考虑到主端操作平台与操作人员之间的力交互，第一关系为主端操作平台的二阶模型。主端操作平台的二阶模型如下：
其中，e＝q-qd为主端操作平台的实际关节角q与主端操作平台的期望关节角度qd的偏差，
是e的一阶导数，
是e的二阶导数；Mmd为主端操作平台在力控制***中的惯性矩阵；Dmd为主端操作平台在力控制***中的阻尼矩阵；Kmd为主端操作平台在力控制***中的刚度矩阵；
为主端操作平台的雅可比矩阵；Fh为主端操作平台与操作人员的交互力；
为从端操作平台的力矩信息对应的主端感知力矩信息；
为从端操作平台的运动信息对应的主端感知力矩信息。
示意性的，惯性矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵和雅可比矩阵可根据实际需要进行限定，本申请在此不做限定。
示意性的，第一运动控制信号的生成可根据主端操作平台的二阶模型得到。也即***控制器通过导纳控制模式，根据主端操作平台的二阶模型对第一信息进行处理，生成第一控制信号。
具体的，对主端操作平台的二阶模型进行求解，可得到主端操作平台的导纳控制模型如下所示：
其中，
在主端操作平台的导纳控制模型中，m用于指代主端操作平台，s用于指代从端操作平台。其中，
为主端操作平台在k时刻的位置增量，
为主端操作平台自身控制的位置增量，
为从端操作平台的运动信息对应的第一等效关节位置控制量，
为从端操作平台的力矩信息对应的第二等效关节位置控制量。
示意性的，第一等效关节位置控制量和第二等效关节位置控制量的转换可根据实际需要进行设定。
二、***控制器采用的第一控制模式是阻抗控制模式。
在第一控制模式是阻抗控制模式的情况下，步骤302有如下实现方式：
采集主端操作平台自身控制的力矩信息、从端操作平台的运动信息和力矩信息。
步骤304有如下实现方式：
根据第一关系和主端操作平台的***动力学模型生成与主端操作平台自身控制的力矩信息对应的主端操作平台自身控制的驱动力矩；根据第一关系和主端操作平台的***动力学模型生成与从端操作平台的运动信息对应的第一驱动力矩；根据第一关系和主端操作平台的***动力学模型生成与从端操作平台的力矩信息对应的第二驱动力矩；
通过阻抗控制模式，基于主端操作平台自身控制的驱动力矩、第一驱动力矩和第二驱动力矩生成第一力控制信号，第一力控制信号用于控制主端操作平台的驱动力矩的参数。
其中，主端操作平台的***动力学模块有多种表现形式，本申请实施例提供的双边力反馈方法中涉及的主端操作平台的***动力学模型根据拉格朗日方程或者牛顿欧拉方程均可得到。主端操作平台的***动力学模型如下所示：
其中，qm为主端操作平台的关节位置，
是q的一阶导数，
是qm的二阶导数，Mm(qm)为主端操作平台的惯量矩阵，
为主端操作平台的离心力矩阵，Gm(qm)为主端操作平台的重力矩阵，
为主端操作平台在k时刻的驱动力矩，
为主端操作平台的雅可比矩阵，Fh为主端操作平台接收到的操作力矩。以下将Mm(qm)简写为Mm，将
简写为Cm，将Gm(qm)简写为Gm。
示意性的，惯量矩阵、离心力矩阵、重力矩阵和雅可比矩阵可根据实际需要进行限定，本申请在此不做限定。
示意性的，第一运动控制信号的生成可根据主端操作平台的二阶模型和主端操作平台的***动力学模型得到。也即***控制器通过阻抗控制模式，根据主端操作平台的二阶模型和主端操作平台的***动力学模型对第一信息进行处理，生成第二力控制信号。
具体的，根据前述内容，考虑到主端操作平台与操作人员之间的力交互，存在主端操作平台的二阶模型为：
根据主端操作平台的二阶模型可得：
根据e＝q-qd的关系，可得等式一如下：
其中，
为主端操作平台的期望角加速度。
将等式一带入主端操作平台的***动力学模型中可得主端操作平台的阻抗控制模型如下所示：
其中，
在主端操作平台的阻抗控制模型中，m用于指代主端操作平台，s用于指代从端操作平台。其中，
为主端操作平台在k时刻的驱动力矩，
是主端操作平台自身控制的驱动力矩，
是从端操作平台的运动信息对应的第一驱动力矩，
是从端操作平台的力矩信息对应的第二驱动力矩。
示意性的，第一驱动力矩和第二驱动力矩的转换可根据实际需要进行设定。
综上所述，本申请实施例提供的双边力反馈方法中，根据经过第一操作平台与第一外部环境作用时的运动信息和力矩信息进行修正后的二阶关系，给出了第一控制信号的两种可选的生成方式。
示意性的如图7所示，本申请实施例提供了另一种双边力反馈方法，应用于***控制器中，***控制器与双边遥操作***中的第一操作平台和第二操作平台均具有通信连接。该方法包括如下步骤：
步骤701：根据第一操作平台的工况，将导纳控制模式和阻抗控制模式中的一种确定为第一控制模式。
根据前述内容，本申请实施例中的***控制器中，至少包括导纳控制模式和阻抗控制模式中的至少一种。根据第一操作平台所处的具体工况，***控制器可通过控制模式切换器对第一控制模式进行切换或选择。
示意性的，第一控制模式的确定有如下可选方式：
(1)在第一操作平台包括关节位置伺服控制器的情况下，将导纳控制模式确定为第一控制模式；在第一操作平台包括关节力伺服控制器的情况下，将阻抗控制模式确定为第一控制模式；
(2)在第一操作平台中自身控制的力矩信息的精确度不大于第一阈值的情况下，将导纳控制模式确定为第一控制模式；在第一操作平台中自身控制的力矩信息的精确度大于第一阈值的情况下，将阻抗控制模式确定为第一控制模式；
(3)在第一操作平台的运动速度超过第二阈值的情况下，将导纳控制模式确定为第一控制模式；在第一操作平台的运动速度不超过第二阈值的情况下，将阻抗控制模式确定为第一控制模式；
(4)在第一操作平台与第一外部环境发生碰撞的情况下，将阻抗控制模式确定为第一控制模式；
(5)第一操作平台是从端操作平台，在从端操作平台的接触物体的刚度超过第三阈值的情况下，将阻抗控制模式确定为第一控制模式。
比如，在第一操作平台的底层控制器仅有关节位置伺服控制器时，将导纳控制模式确定为第一控制模式。又如，在第一操作平台的力矩信息的获取值或者获取质量低于第一阈值时，将导纳控制模式确定为第一控制模式。
步骤702：采集第一信息。
示意性的，第一信息包括第二操作平台的运动信息和力矩信息中的至少一种，以及第一操作平台自身控制的运动信息和力矩信息中的至少一种。
步骤703：基于第一信息生成第一控制信号。
示意性的，第一控制信号由第一控制模式生成。
步骤704：根据第一控制信号控制第一操作平台执行与第一信息对应的运动。
示意性的，步骤702、703、704与步骤302、304、306相同，可作参考，在此不再赘述。
步骤705：根据第二操作平台的工况，将导纳控制模式和阻抗控制模式中的一种确定为第二控制模式。
根据前述内容，本申请实施例中的***控制器中，至少包括导纳控制模式和阻抗控制模式中的至少一种。根据第二操作平台所处的具体工况，***控制器可通过控制模式切换器对第二控制模式进行切换或选择。
示意性的，第二控制模式的确定有如下可选方式：
(1)在第二操作平台包括关节位置伺服控制器的情况下，将导纳控制模式确定为第二控制模式；在第二操作平台包括关节力伺服控制器的情况下，将阻抗控制模式确定为第二控制模式；
(2)在第二操作平台中自身控制的力矩信息的精确度不大于第一阈值的情况下，将导纳控制模式确定为第二控制模式；在第二操作平台中自身控制的力矩信息的精确度大于第一阈值的情况下，将阻抗控制模式确定为第二控制模式；
(3)在第二操作平台的运动速度超过第二阈值的情况下，将导纳控制模式确定为第二控制模式；在第二操作平台的运动速度不超过第二阈值的情况下，将阻抗控制模式确定为第二控制模式；
(4)在第二操作平台与第一外部环境发生碰撞的情况下，将阻抗控制模式确定为第二控制模式；
(5)第二操作平台是从端操作平台，在从端操作平台的接触物体的刚度超过第三阈值的情况下，将阻抗控制模式确定为第二控制模式。
比如，在第二操作平台的底层控制器仅有关节位置伺服控制器时，将导纳控制模式确定为第二控制模式。又如，在第二操作平台的力矩信息的获取值或者获取质量低于第一阈值时，将导纳控制模式确定为第二控制模式。
步骤706：采集第二信息。
示意性的，第二信息包括第一操作平台响应于第一信息的运动信息和力矩信息中的至少一种，以及第二操作平台自身控制的运动信息和力矩信息中的至少一种。
根据前述内容，第一操作平台响应于第一信息的运动信息和/或力矩信息包括第一操作平台自身控制的信息交互闭环中所涉及到的信息、第一操作平台和第二操作平台交互的闭环中所涉及到的与第一操作平台相关的信息均包括在第二信息中。
示意性的，第一操作平台响应于第一信息的运动信息和/或力矩信息包括但不限于如下信息中的至少一种：
第一操作平台响应于第一信息的位置增量；
第一操作平台响应于第一信息的位置控制量；
第一操作平台响应于第一信息的驱动力矩；
第一操作平台与第一外部环境的作用力矩。
示意性的，第二操作平台自身控制的运动信息和/或力矩信息，包括在第二操作平台自身控制的信息交互闭环中所涉及到的信息。具体的，第二操作平台自身控制的运动信息和/或力矩信息包括但不限于如下信息中的至少一种：
第二操作平台的位置增量；
第二操作平台的位置控制量；
第二操作平台的驱动力矩；
第二操作平台与第二外部环境的作用力矩。
位置增量、位置控制量、驱动力矩和作用力矩的阐述可参考步骤202的相关内容，在此不再赘述。
步骤707：基于第二信息生成第二控制信号。
示意性的，第二控制信号由第二控制模式生成。其中，第二控制模式设置在***控制器中。
根据第二信息的不同，生成的第二控制信号也不同。示意性的，第二控制信号包括第二运动控制信号和第二力控制信号中的至少一种，其中，第二运动控制信号用于控制第二操作平台的运动信息相关的参数，第二力控制信号用于控制第二操作平台的力矩信息相关的参数。
根据前述内容，本申请实施例提供的双边力反馈方法中，***控制器中包括导纳控制模式和阻抗控制模式中的至少一种。其中，第二控制模式是导纳控制模式和阻抗控制模式中的一个。
示意性的，第一控制模式和第二控制模式是导纳控制模式和阻抗控制模式中的同一个；或者，第一控制模式是导纳控制模式和阻抗控制模式中的一个，第二控制模式是导纳控制模式和阻抗控制模式中的另一个。也即，第一控制模式和第二控制模式可以相同，也可以不同。
示意性的，第二控制信号是根据第二操作平台与第二外部环境作用时的运动信息和力矩信息进行修正后的二阶关系生成的。其中，第二外部环境是指第二操作平台的运动环境，包括但不限于操作人员对于第二操作平台的控制环境、第二操作平台进行运动时的接触环境中的一种。示意性的，第一外部环境与第二外部环境是不同的环境。
步骤708：根据第二控制信号控制第二操作平台执行与第二信息对应的运动。
示意性的，在第二操作平台是主端操作平台时，第二控制信号用于控制主端操作平台执行运动，该运动受到从端操作平台的运动的影响、以及主端操作平台的自身控制的影响；在第二操作平台是从端操作平台时，第二控制信号用于控制从端操作平台执行运动，该运动受到主端操作平台的运动的影响、以及从端操作平台的自身控制的影响。
综上所述，本申请实施例提供的双边力反馈方法中，根据第一操作平台或第二操作平台的工况可以确定***控制器的控制模式；通过采集的不同信息，使得第一控制信号和第二控制信号的控制参数更加准确，保证***控制器对于第一操作平台和第二操作平台的实际控制运动与期望控制运动相同。
根据前述内容，***控制器生成的控制信号受到第一操作平台和/或第二操作平台的自身控制、以及第一操作平台和/或第二操作平台与外部环境的交互的影响。
与第一控制信号类似，第二控制信号受到第一操作平台响应于第一信息的运动的影响、以及第二操作平台自身控制的影响。
示意性的，本申请实施例提供的双边力反馈方法中，步骤707有如下实现方式：根据第二关系生成与第二信息对应的第二控制信号。
其中，第二关系是经过第二操作平台与第二外部环境作用时的运动信息和力矩信息进行修正后的二阶关系。
根据前述内容，第二关系同样适用于运动信息和力矩信息的二阶模型，该二阶模型如下所示：
以下以第一操作平台是主端操作平台、第二操作平台是从端操作平台为例，给出第二控制信号的如下两种可选的生成方式：
一、***控制器采用的第二控制模式是导纳控制模式。
在第二控制模式是导纳控制模式的情况下，步骤706有如下实现方式：
采集从端操作平台自身控制的运动信息、主端操作平台响应于第一信息的运动信息和力矩信息。
步骤707有如下实现方式：
根据第二关系生成与从端操作平台自身控制的运动信息对应的从端操作平台自身控制的位置控制量，根据第二关系生成与主端操作平台响应于第一信息的运动信息对应的第三等效关节位置控制量，根据第二关系生成与主端操作平台响应于第一信息的力矩信息对应的第四等效关节位置控制量；
通过导纳控制模式，基于从端操作平台自身控制的位置控制量、第三等效关节位置控制量和第四等效关节位置控制量生成第二运动控制信号，第二运动控制信号用于控制从端操作平台的期望关节位置的参数。
示意性的，考虑到从端操作平台与外部环境之间的力交互，存在从端操作平台的二阶模型为：
其中，e＝q-qd为从端操作平台的实际关节角q与从端操作平台的期望关节角度qd的偏差，
是e的一阶导数，
是e的二阶导数；Msd为从端操作平台在力控制***中的惯性矩阵；Dsd为从端操作平台在力控制***中的阻尼矩阵；Ksd为从端操作平台在力控制***中的刚度矩阵；
为从端操作平台的雅可比矩阵；Fe为从端操作平台与外部环境的接触力矩；
为主端操作平台的力矩信息对应的从端感知力矩信息；
为主端操作平台的运动信息对应的从端感知力矩信息。
示意性的，惯性矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵和雅可比矩阵可根据实际需要进行限定，本申请在此不做限定。
示意性的，第二运动控制信号的生成可根据从端操作平台的二阶模型得到。也即***控制器通过导纳控制模式，基于从端操作平台的二阶模型对第二信息进行处理，生成第二控制信号。
具体的，根据从端操作平台的二阶模型求解，可得到从端操作平台的导纳控制模型如下所示：
其中，
在从端操作平台的导纳控制模型中，m用于指代主端操作平台，s用于指代从端操作平台。其中，
为从端操作平台在k时刻的期望关节位置，
为从端操作平台自身控制的位置控制量，
为主端操作平台的运动信息对应的第三等效关节位置控制量，
为主端操作平台的力矩信息对应的第四等效关节位置控制量。
示意性的，第三等效关节位置控制量和第四等效关节位置控制量的转换可根据实际需要进行设定。
二、***控制器采用的第二控制模式是阻抗控制模式。
在第二控制模式是阻抗控制模式的情况下，步骤706有如下实现方式：
采集从端操作平台自身控制的力矩信息、主端操作平台响应于第一信息的运动信息和力矩信息。
步骤707有如下实现方式：
根据第二关系和从端操作平台的***动力学模型生成与从端操作平台自身控制的力矩信息对应的从端操作平台自身控制的驱动力矩；根据第二关系和从端操作平台的***动力学模型生成与主端操作平台响应于第一信息的运动信息对应的第三驱动力矩；根据第二关系和从端操作平台的***动力学模型生成与主端操作平台响应于第一信息的力矩信息对应的第四驱动力矩；
通过阻抗控制模式，基于从端操作平台自身控制的驱动力矩、第三驱动力矩和第四驱动力矩生成第二力控制信号，第二力控制信号用于控制从端操作平台的驱动力矩的参数。
其中，从端操作平台的***动力学模块有多种表现形式，本申请实施例提供的双边力反馈方法中涉及的从端操作平台的***动力学模型根据拉格朗日方程或者牛顿欧拉方程均可得到。从端操作平台的***动力学模型如下所示：
其中，qs为从端操作平台的关节位置，
是q的一阶导数，
是qs的二阶导数，Ms(qs)为从端操作平台的惯量矩阵，
为从端操作平台的离心力矩阵，Gs(qs)为从端操作平台的重力矩阵，
为从端操作平台在k时刻的驱动力矩，
为从端操作平台的雅可比矩阵，Fe为从端操作平台与外部环境的接触力矩。以下将Ms(qs)简写为Ms，将
简写为Cs，将Gs(qs)简写为Gs。
示意性的，惯量矩阵、离心力矩阵、重力矩阵和雅可比矩阵可根据实际需要进行限定，本申请在此不做限定。
示意性的，第二运动控制信号的生成可根据从端操作平台的二阶模型和从端操作平台的***动力学模型得到。也即***控制器通过阻抗控制模式，根据从端操作平台的二阶模型和从端操作平台的***动力学模型对第二信息进行处理，生成第二控制信号。
具体的，根据前述内容，考虑到从端操作平台与外部环境之间的力交互，存在从端操作平台的二阶模型为：
根据从端操作平台的二阶模型可得：
根据e＝q-qd的关系，可得等式二如下：
其中，
为从端操作平台的期望角加速度。
将等式二带入从端操作平台的***动力学模型中可得从端操作平台的阻抗控制模型如下所示：
其中，
在从端操作平台的阻抗控制模型中，m用于指代主端操作平台，s用于指代从端操作平台。其中，
为从端操作平台在k时刻的驱动力矩，
是从端操作平台自身控制的驱动力矩，
是主端操作平台的运动信息对应的第三驱动力矩，
是主端操作平台的力矩信息对应的第四驱动力矩。
示意性的，第三驱动力矩和第四驱动力矩的转换可根据实际需要进行设定。
综上所述，本申请实施例提供的双边力反馈方法中，根据经过第二操作平台与第二外部环境作用时的运动信息和力矩信息进行修正后的二阶关系，给出了第二控制信号的两种可选的生成方式。
以第一操作平台是主端操作平台、第二操作平台是从端操作平台为例，示意性的如图8所示，本申请实施例提供了一种双边力反馈方法在双边遥操作***中的实现方式，包括如下步骤：
步骤801：***控制器确定第一控制模式。
示意性的，第一控制模式根据主端操作平台所处的工况确定，由***控制器中的控制模式切换器对控制模式进行选择或切换。
步骤8021：***控制器选择导纳控制模式作为第一控制模式。
步骤8022：***控制器选择阻抗控制模式作为第一控制模式。
比如，主端操作平台的底层控制器只有关节位置伺服控制器，此时执行步骤8021，***控制器选择导纳控制模型作为主端操作平台的控制模式。又如，主端操作平台的机械臂与墙壁发生碰撞，此时执行步骤8022，***控制器选择阻抗控制模式作为主端操作平台的控制模式。
示意性的，步骤8021和步骤8022只能择一执行，不能同时执行。
步骤803：***控制器根据第一控制信号控制主端操作平台进行运动。
示意性的，第一控制信号由导纳控制模式或阻抗控制模式生成，第一控制信号用于控制主端操作平台的位置增量或驱动力矩的参数。具体的，第一控制信号由导纳控制模式生成，第一控制信号用于控制主端操作平台的位置增量的参数；或者，第一控制信号由阻抗控制模式生成，第一控制信号用于控制主端操作平台的驱动力矩的参数。
步骤804：主端操作平台或从端操作平台将运动情况发送至***控制器。
示意性的，运动情况包括主端操作平台和/或从端操作平台的运动信息和/或力矩信息。
主端操作平台在执行完第一控制信号控制的运动后，操作人员将对主端操作平台进行再次操作，此时，主端操作平台将采集到的运动信息和/或力矩信息发送至***控制器。同样的，从端操作平台在执行完第二控制信号控制的运动，外部环境对从端操作平台产生影响，从端操作平台同样将采集到的运动信息和/或力矩信息发送至***控制器。
步骤805：***控制器确定第二控制模式。
示意性的，第二控制模式根据从端操作平台所处的工况确定，由***控制器中的控制模式切换器对控制模式进行选择或切换。
步骤8061：***控制器选择导纳控制模式作为第二控制模式。
步骤8062：***控制器选择阻抗控制模式作为第二控制模式。
比如，从端操作平台的运动速度超过第二阈值，此时执行步骤8061，***控制器选择导纳控制模型作为从端操作平台的控制模式。又如，从端操作平台的接触物体的刚度超过第四阈值，此时执行步骤8062，***控制器选择阻抗控制模式作为从端操作平台的控制模式。
示意性的，步骤8061和步骤8062只能择一执行，不能同时执行。
步骤807：***控制器根据第二控制信号控制从端操作平台进行运动。
示意性的，第二控制信号由导纳控制模式或阻抗控制模式生成，第二控制信号用于控制从端操作平台的期望关节位置或驱动力矩的参数。具体的，第二控制信号由导纳控制模式生成，第二控制信号用于控制从端操作平台的期望关节位置的参数；或者，第二控制信号由阻抗控制模式生成，第二控制信号用于控制从端操作平台的驱动力矩的参数。
步骤808：从端操作平台获取自身的运动跟随情况。
示意性的，运动跟随情况包括从端操作平台自身控制的运动、以及从端操作平台响应于与主端操作平台对应的运动信息和/或力矩信息。从端操作平台获取自身的运动跟随情况有多种实现方式，示意性的，从端操作平台通过接触力检测获取运动信息和/或力矩信息。
综上所述，本申请实施例提供的双边力反馈方法中通过导纳控制模式和阻抗控制模式的任意切换，主端操作平台可以感知从端操作平台的运动跟随情况以及从端操作平台的外界环境与从端操作平台的交互信息，同时也使得从端操作平台可以获取主端操作平台的运动情况以及主端操作平台与操作人员的交互信息。
示意性的如图9所示，以第一操作平台内的第一控制信号的产生为例。本申请实施例提供的双边遥操作***中，***控制器中包括力反馈信号融合器、运动反馈信号融合器、虚实力控制器和虚实运动控制器。其中，阻抗控制模式设置于虚实力控制器中，导纳控制模式设置于虚实运动控制器中。
示意性的，力反馈信号融合器用于融合第一操作平台与第一外部环境和/或第二操作平台与第二外部环境的力反馈信号，运动反馈信号融合器用于融合第一操作平台与第一外部环境和/或第二操作平台与第二外部环境的运动反馈信号。虚实力控制器用于融合真实力的力反馈信号和虚拟力的力反馈信号，虚实运动控制器用于融合真实运动的力反馈信号和虚拟运动的力反馈信号。
具体的，以第一操作平台中包括机械臂为例，反馈信号融合器采集第一操作平台的本臂运动反馈信号和n个其他臂力反馈信号，并给每个反馈通道赋予增益调节参数kf、kf1、kf2…kfn。其中，本臂是指机械臂，其他臂是指第一外部环境中与机械臂产生力的交互的部件。比如，第一操作平台是主端操作平台，本臂是指主端操作平台的机械臂，其他臂包括操作人员的手臂、主端操作平台触碰到的人员或机械部件中的至少一种。示意性的，增益调节参数用于指示不同反馈信号的权重。示意性的，增益调节参数的取值可根据实际需要进行设定。通过每个反馈信号和对应的增益调节参数，力反馈信息融合器将n+1个力反馈信号融合为一个真实力的反馈信号。示意性的，运动反馈信号融合器经过融合得到一个真实运动的反馈信号。运动反馈信号融合器的信号融合过程与力反馈信号融合器类似，可作参考，在此不再赘述。
随后，根据第一操作平台的控制模式的选择，通过虚实力控制器或虚实运动控制器生成力矩控制信号或者运动控制信号。
以第一操作平台选择的控制模式是阻抗控制模式为例。经过运动反馈信号融合器融合得到的真实运动的反馈信号通过阻抗控制模式下的阻抗控制模型，可以得到真实运动的反馈信号对应的虚拟力的反馈信号。给真实力的反馈信号通道和虚拟力的反馈信号通道中同样赋予增益调节参数k1和k2。示意性的，增益调节参数用于指示不同反馈信号的权重。示意性的，增益调节参数的取值可根据实际需要进行设定。通过真实力的反馈信号、虚拟力的反馈信号以及对应的增益调节参数k1、k2，虚实力控制器可以得到一个虚实力矩和的反馈信号，该反馈信号通过力伺服控制器产生对应的力矩控制信号。示意性的，虚实运动控制器经过融合得到一个虚实运动和的反馈信号，该反馈信号通过位置伺服控制器对应的运动控制信号。实运动控制器的信号融合过程与虚实力控制器类似，可作参考，在此不再赘述。
随后，第二操作平台进行控制模式的选择，将上述得到的力矩控制信号和运动控制信号进行反馈，反馈过程与第一操作平台的过程是类似的，可作参考，在此不再赘述。
示意性的，***控制器中设置有控制模型切换器，控制模型切换器用于实现第一操作平台和第二操作平台的控制模式的选择和切换。
综上所述，本申请实施例提供了双边力反馈方法四种可选的实现方式，使得双边遥操作***在进行双边力反馈信息的反馈方式呈现多样化。本申请实施例提供的双边力反馈方法，可以简化双边遥操作***的***控制框架的设计方案，实现***控制框架的模块化。
根据前述内容，本申请实施例提供的双边力反馈方法，不仅可以适用于单操作平台-单操作平台的控制，也适用于多操作平台-多操作平台的控制。示意性的如图10所示，本申请实施例提供了多操作平台-多操作平台的如下三种可选的模式：
(1)单操作平台-多操作平台模式。
示意性的如图10的(a)所示，单操作平台-多操作平台的控制模式是通过单操作平台-单操作平台的双边遥操作***、以及多个其他操作平台的协同控制展开的。示意性的，参与双边力反馈遥操作的从端操作平台为多臂中的主要操作平台，其他操作平台为随动操作平台。该种模式下需要兼顾双边遥操作与多操作平台协同控制。
也即，主端操作平台通过遥操作通信环节控制从端操作平台1，同时对从端操作平台1与从端操作平台2…从端操作平台N进行协同控制，使得从端操作平台1、从端操作平台2…从端操作平台N同时作用于环境物体。其中，从端操作平台1为主要操作平台，从端操作平台2…从端操作平台N为随动操作平台。示意性的，该种模式下的信息交互均是双向的。
(2)单操作人员的多操作平台-多操作平台模式。
示意性的如图10的(b)所示，该种模式以双操作平台-双操作平台***为例。由单操作人员的双臂来操控主端操作平台1和主端操作平台2，再通过遥操作通信环节分别控制从端操作平台1和从端操作平台2同时作用于环境物体。示意性的，该种模式下的信息交互均是双向的。
(3)多操作人员的多操作平台-多操作平台模式。
示意性的如图10的(c)所示，该种模式需要多位操作人员参与控制多个主端操作平台***来实现。也即，操作人员1控制主端操作平台1，操作人员2控制主端操作平台2…操作人员N控制从端操作平台N，再通过遥操作通信环节分别控制从端操作平台1、从端操作平台2…从端操作平台N同时作用于环境物体。示意性的，该种模式下的信息交互均是双向的。
综上所述，本申请实施例提供了双边力反馈方法，不仅适用于单操作平台-单操作平台的控制，也适用于多操作平台-多操作平台的控制，能够满足双边遥操作***的多种应用场景。
图11示出了本申请实施例提供的双边力反馈装置的结构图。示意性的，双边力反馈装置与双边遥操作***的第一操作平台和第二操作平台均具有通信连接。该装置包括确定模块1120、采集模块1140、生成模块1160和控制模块1180，其中：
确定模块1120，用于根据第一操作平台的工况，将导纳控制模式和阻抗控制模式中的一种确定为第一控制模式；
采集模块1140，用于采集第一信息，第一信息包括第二操作平台的运动信息和力矩信息中的至少一种，以及第一操作平台自身控制的运动信息和力矩信息中的至少一种；
生成模块1160，用于基于第一信息生成第一控制信号；
控制模块1180，用于根据第一控制信号控制第一操作平台执行与第一信息对应的运动。
根据本申请的一种可实现的方式，生成模块1160还用于根据第一关系生成与第一信息对应的第一控制信号，第一关系是经过第一操作平台与第一外部环境作用时的运动信息和力矩信息进行修正后的二阶关系。
根据本申请的一种可实现的方式，第一操作平台是主端操作平台，第二操作平台是从端操作平台，***控制器采用的第一控制模式是导纳控制模式。采集模块1140还用于采集主端操作平台自身控制的运动信息、从端操作平台的运动信息和力矩信息。生成模块1160还用于根据第一关系生成与主端操作平台自身控制的运动信息对应的主端操作平台自身控制的位置增量，根据第一关系生成与从端操作平台的运动信息对应的第一等效关节位置控制量，根据第一关系生成与从端操作平台的力矩信息对应的第二等效关节位置控制量；通过导纳控制模式，基于主端操作平台自身控制的位置增量、第一等效关节位置控制量和第二等效关节位置控制量生成第一运动控制信号，第一运动控制信号用于控制主端操作平台的位置增量的参数。
根据本申请的一种可实现的方式，第一操作平台是主端操作平台，第二操作平台是从端操作平台，***控制器采用的第一控制模式是阻抗控制模式。采集模块1140还用于采集主端操作平台自身控制的力矩信息、从端操作平台的运动信息和力矩信息。生成模块1160还用于根据第一关系和主端操作平台的***动力学模型生成与主端操作平台自身控制的力矩信息对应的主端操作平台自身控制的驱动力矩；根据第一关系和主端操作平台的***动力学模型生成与从端操作平台的运动信息对应的第一驱动力矩；根据第一关系和主端操作平台的***动力学模型生成与从端操作平台的力矩信息对应的第二驱动力矩；通过阻抗控制模式，基于主端操作平台自身控制的驱动力矩、第一驱动力矩和第二驱动力矩生成第一力控制信号，第一力控制信号用于控制主端操作平台的驱动力矩的参数。
根据本申请的一种可实现的方式，确定模块1120用于：在第一操作平台包括关节位置伺服控制器的情况下，将导纳控制模式确定为第一控制模式；在第一操作平台包括关节力伺服控制器的情况下，将阻抗控制模式确定为第一控制模式；或者，在第一操作平台中自身控制的力矩信息的精确度不大于第一阈值的情况下，将导纳控制模式确定为第一控制模式；在第一操作平台中自身控制的力矩信息的精确度大于第一阈值的情况下，将阻抗控制模式确定为第一控制模式；或者，在第一操作平台的运动速度超过第二阈值的情况下，将导纳控制模式确定为第一控制模式；在第一操作平台的运动速度不超过第二阈值的情况下，将阻抗控制模式确定为第一控制模式；或者，在第一操作平台与第一外部环境发生碰撞的情况下，将阻抗控制模式确定为第一控制模式；或者，第一操作平台是从端操作平台，在从端操作平台的接触物体的刚度超过第三阈值的情况下，将阻抗控制模式确定为第一控制模式。
根据本申请的一种可实现的方式，采集模块1140还用于采集第二信息，第二信息包括第一操作平台响应于第一信息的运动信息和力矩信息中的至少一种，以及第二操作平台自身控制的运动信息和力矩信息中的至少一种。生成模块1160还用于基于第二信息生成第二控制信号。控制模块1180还用于根据第二控制信号控制第二操作平台执行与第二信息对应的运动。
根据本申请的一种可实现的方式，生成模块1160还用于根据第二关系生成与第二信息对应的第二控制信号，第二关系是经过第二操作平台与第二外部环境作用时的运动信息和力矩信息进行修正后的二阶关系。
根据本申请的一种可实现的方式，第一操作平台是主端操作平台，第二操作平台是从端操作平台，***控制器采用的第二控制模式是导纳控制模式。采集模块1140还用于采集从端操作平台自身控制的运动信息、主端操作平台响应于第一信息的运动信息和力矩信息。生成模块1160还用于根据第二关系生成与从端操作平台自身控制的运动信息对应的从端操作平台自身控制的位置控制量，根据第二关系生成与主端操作平台响应于第一信息的运动信息对应的第三等效关节位置控制量，根据第二关系生成与主端操作平台响应于第一信息的力矩信息对应的第四等效关节位置控制量；通过导纳控制模式，基于从端操作平台自身控制的位置控制量、第三等效关节位置控制量和第四等效关节位置控制量生成第二运动控制信号，第二运动控制信号用于控制从端操作平台的期望关节位置的参数。
根据本申请的一种可实现的方式，第一操作平台是主端操作平台，第二操作平台是从端操作平台，***控制器采用的第二控制模式是阻抗控制模式。采集模块1140还用于采集从端操作平台自身控制的力矩信息、主端操作平台响应于第一信息的运动信息和力矩信息。生成模块1160还用于根据第二关系和从端操作平台的***动力学模型生成与从端操作平台自身控制的力矩信息对应的从端操作平台自身控制的驱动力矩；根据第二关系和从端操作平台的***动力学模型生成与主端操作平台响应于第一信息的运动信息对应的第三驱动力矩；根据第二关系和从端操作平台的***动力学模型生成与主端操作平台响应于第一信息的力矩信息对应的第四驱动力矩；通过阻抗控制模式，基于从端操作平台自身控制的驱动力矩、第三驱动力矩和第四驱动力矩生成第二力控制信号，第二力控制信号用于控制从端操作平台的驱动力矩的参数。
根据本申请的一种可实现的方式，确定模块1120还用于根据第二操作平台的工况，将导纳控制模式和阻抗控制模式中的一种确定为第二控制模式。
根据本申请的一种可实现的方式，确定模块1120用于：在第二操作平台包括关节位置伺服控制器的情况下，将导纳控制模式确定为第二控制模式；在第二操作平台包括关节力伺服控制器的情况下，将阻抗控制模式确定为第二控制模式；或者，在第二操作平台中自身控制的力矩信息的精确度不大于第一阈值的情况下，将导纳控制模式确定为第二控制模式；在第二操作平台中自身控制的力矩信息的精确度大于第一阈值的情况下，将阻抗控制模式确定为第二控制模式；或者，在第二操作平台的运动速度超过第二阈值的情况下，将导纳控制模式确定为第二控制模式；在第二操作平台的运动速度不超过第二阈值的情况下，将阻抗控制模式确定为第二控制模式；或者，在第二操作平台与第一外部环境发生碰撞的情况下，将阻抗控制模式确定为第二控制模式；或者，第二操作平台是从端操作平台，在从端操作平台的接触物体的刚度超过第三阈值的情况下，将阻抗控制模式确定为第二控制模式。
本申请实施例还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一条程序代码，程序代码由处理器加载并执行以实现如上所述的双边力反馈方法。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有可执行指令，可执行指令由处理器加载并执行以实现如上所述的双边力反馈方法。
应当理解的是，在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种双边力反馈方法，应用于***控制器中，所述***控制器与双边遥操作***的第一操作平台和第二操作平台均具有通信连接，其特征在于，所述方法包括：
采集第一信息，所述第一信息包括所述第二操作平台的运动信息和力矩信息中的至少一种，以及所述第一操作平台自身控制的运动信息和力矩信息中的至少一种；
基于所述第一信息生成第一控制信号；
根据所述第一控制信号控制所述第一操作平台执行与所述第一信息对应的运动。
2.根据权利要求1所述的双边力反馈方法，其特征在于，所述基于所述第一信息生成第一控制信号，包括：
根据第一关系生成与所述第一信息对应的第一控制信号，所述第一关系是经过所述第一操作平台与第一外部环境作用时的运动信息和力矩信息进行修正后的二阶关系。
3.根据权利要求2所述的双边力反馈方法，所述第一操作平台是主端操作平台，所述第二操作平台是从端操作平台，所述***控制器采用的第一控制模式是导纳控制模式，其特征在于，
所述采集第一信息，包括：
采集所述主端操作平台自身控制的运动信息、所述从端操作平台的运动信息和力矩信息；
所述根据第一关系生成与所述第一信息对应的第一控制信号，包括：
根据所述第一关系生成与所述主端操作平台自身控制的运动信息对应的所述主端操作平台自身控制的位置增量，根据所述第一关系生成与所述从端操作平台的运动信息对应的第一等效关节位置控制量，根据所述第一关系生成与所述从端操作平台的力矩信息对应的第二等效关节位置控制量；
通过所述导纳控制模式，基于所述主端操作平台自身控制的位置增量、所述第一等效关节位置控制量和所述第二等效关节位置控制量生成第一运动控制信号，所述第一运动控制信号用于控制所述主端操作平台的位置增量的参数。
4.根据权利要求2所述的双边力反馈方法，所述第一操作平台是主端操作平台，所述第二操作平台是从端操作平台，所述***控制器采用的第一控制模式是阻抗控制模式，其特征在于，
所述采集第一信息，包括：
采集所述主端操作平台自身控制的力矩信息、所述从端操作平台的运动信息和力矩信息；
所述根据第一关系生成与所述第一信息对应的第一控制信号，包括：
根据所述第一关系和所述主端操作平台的***动力学模型生成与所述主端操作平台自身控制的力矩信息对应的所述主端操作平台自身控制的驱动力矩；根据所述第一关系和所述主端操作平台的***动力学模型生成与所述从端操作平台的运动信息对应的第一驱动力矩；根据所述第一关系和所述主端操作平台的***动力学模型生成与所述从端操作平台的力矩信息对应的第二驱动力矩；
通过所述阻抗控制模式，基于所述主端操作平台自身控制的驱动力矩、所述第一驱动力矩和所述第二驱动力矩生成第一力控制信号，所述第一力控制信号用于控制所述主端操作平台的驱动力矩的参数。
5.根据权利要求1至4任一所述的双边力反馈方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述第一操作平台的工况，将导纳控制模式和阻抗控制模式中的一种确定为所述第一控制模式。
6.根据权利要求5所述的双边力反馈方法，其特征在于，
所述根据所述第一操作平台的工况，将导纳控制模式和阻抗控制模式中的一种确定为所述第一控制模式，包括：
在所述第一操作平台包括关节位置伺服控制器的情况下，将所述导纳控制模式确定为所述第一控制模式；在所述第一操作平台包括关节力伺服控制器的情况下，将所述阻抗控制模式确定为所述第一控制模式；
或者，
在所述第一操作平台中自身控制的力矩信息的精确度不大于第一阈值的情况下，将所述导纳控制模式确定为所述第一控制模式；在所述第一操作平台中自身控制的力矩信息的精确度大于第一阈值的情况下，将所述阻抗控制模式确定为所述第一控制模式；
或者，
在所述第一操作平台的运动速度超过第二阈值的情况下，将所述导纳控制模式确定为所述第一控制模式；在所述第一操作平台的运动速度不超过第二阈值的情况下，将所述阻抗控制模式确定为所述第一控制模式；
或者，
在所述第一操作平台与第一外部环境发生碰撞的情况下，将所述阻抗控制模式确定为所述第一控制模式；
或者，
所述第一操作平台是从端操作平台，在所述从端操作平台的接触物体的刚度超过第三阈值的情况下，将所述阻抗控制模式确定为所述第一控制模式。
7.根据权利要求1至4任一所述的双边力反馈方法，其特征在于，所述方法还包括：
采集第二信息，所述第二信息包括所述第一操作平台响应于所述第一信息的运动信息和力矩信息中的至少一种，以及所述第二操作平台自身控制的运动信息和力矩信息中的至少一种；
基于所述第二信息生成第二控制信号；
根据所述第二控制信号控制所述第二操作平台执行与所述第二信息对应的运动。
8.根据权利要求7所述的双边力反馈方法，其特征在于，所述基于所述第二信息生成第二控制信号，包括：
根据第二关系生成与所述第二信息对应的第二控制信号，所述第二关系是经过所述第二操作平台与第二外部环境作用时的运动信息和力矩信息进行修正后的二阶关系。
9.根据权利要求8所述的双边力反馈方法，所述第一操作平台是主端操作平台，所述第二操作平台是从端操作平台，所述***控制器采用的第二控制模式是导纳控制模式，其特征在于，
所述采集第二信息，包括：
采集所述从端操作平台自身控制的运动信息、所述主端操作平台响应于所述第一信息的运动信息和力矩信息；
所述根据第二关系生成与所述第二信息对应的第二控制信号，包括：
根据所述第二关系生成与所述从端操作平台自身控制的运动信息对应的所述从端操作平台自身控制的位置控制量，根据所述第二关系生成与所述主端操作平台响应于所述第一信息的运动信息对应的第三等效关节位置控制量，根据所述第二关系生成与所述主端操作平台响应于所述第一信息的力矩信息对应的第四等效关节位置控制量；
通过所述导纳控制模式，基于所述从端操作平台自身控制的位置控制量、所述第三等效关节位置控制量和所述第四等效关节位置控制量生成第二运动控制信号，所述第二运动控制信号用于控制所述从端操作平台的期望关节位置的参数。
10.根据权利要求8所述的双边力反馈方法，所述第一操作平台是主端操作平台，所述第二操作平台是从端操作平台，所述***控制器采用的第二控制模式是阻抗控制模式，其特征在于，
所述采集第二信息，包括：
采集所述从端操作平台自身控制的力矩信息、所述主端操作平台响应于所述第一信息的运动信息和力矩信息；
所述根据第二关系生成与所述第二信息对应的第二控制信号，包括：
根据所述第二关系和所述从端操作平台的***动力学模型生成与所述从端操作平台自身控制的力矩信息对应的所述从端操作平台自身控制的驱动力矩；根据所述第二关系和所述从端操作平台的***动力学模型生成与所述主端操作平台响应于所述第一信息的运动信息对应的第三驱动力矩；根据所述第二关系和所述从端操作平台的***动力学模型生成与所述主端操作平台响应于所述第一信息的力矩信息对应的第四驱动力矩；
通过所述阻抗控制模式，基于所述从端操作平台自身控制的驱动力矩、所述第三驱动力矩和所述第四驱动力矩生成第二力控制信号，所述第二力控制信号用于控制所述从端操作平台的驱动力矩的参数。
11.根据权利要求7所述的双边力反馈方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述第二操作平台的工况，将导纳控制模式和阻抗控制模式中的一种确定为所述第二控制模式。
12.根据权利要求11所述的双边力反馈方法，其特征在于，
所述根据所述第二操作平台的工况，将导纳控制模式和阻抗控制模式中的一种确定为所述第二控制模式，包括：
在所述第二操作平台包括关节位置伺服控制器的情况下，将所述导纳控制模式确定为所述第二控制模式；在所述第二操作平台包括关节力伺服控制器的情况下，将所述阻抗控制模式确定为所述第二控制模式；
或者，
在所述第二操作平台中自身控制的力矩信息的精确度不大于第一阈值的情况下，将所述导纳控制模式确定为所述第二控制模式；在所述第二操作平台中自身控制的力矩信息的精确度大于第一阈值的情况下，将所述阻抗控制模式确定为所述第二控制模式；
或者，
在所述第二操作平台的运动速度超过第二阈值的情况下，将所述导纳控制模式确定为所述第二控制模式；在所述第二操作平台的运动速度不超过第二阈值的情况下，将所述阻抗控制模式确定为所述第二控制模式；
或者，
在所述第二操作平台与第一外部环境发生碰撞的情况下，将所述阻抗控制模式确定为所述第二控制模式；
或者，
所述第二操作平台是从端操作平台，在所述从端操作平台的接触物体的刚度超过第三阈值的情况下，将所述阻抗控制模式确定为所述第二控制模式。
13.一种双边力反馈装置，所述装置与双边遥操作***的第一操作平台和第二操作平台均具有通信连接，其特征在于，所述装置包括：
采集模块，用于采集第一信息，所述第一信息包括所述第二操作平台的运动信息和力矩信息中的至少一种，以及所述第一操作平台自身控制的运动信息和力矩信息中的至少一种；
生成模块，用于基于所述第一信息生成第一控制信号；
控制模块，用于根据所述第一控制信号控制所述第一操作平台执行与所述第一信息对应的运动。
14.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条程序代码，所述程序代码由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1至12中任一所述的双边力反馈方法。
15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有可执行指令，所述可执行指令由处理器加载并执行以实现如权利要求1至12中任一所述的双边力反馈方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110287840.0A CN115113517A (zh) | 2021-03-17 | 2021-03-17 | 双边力反馈方法、装置、设备及介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110287840.0A CN115113517A (zh) | 2021-03-17 | 2021-03-17 | 双边力反馈方法、装置、设备及介质 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115113517A true CN115113517A (zh) | 2022-09-27 |
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ID=83323439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110287840.0A Pending CN115113517A (zh) | 2021-03-17 | 2021-03-17 | 双边力反馈方法、装置、设备及介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115113517A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116100565A (zh) * | 2023-04-13 | 2023-05-12 | 中国科学技术大学 | 基于外骨骼机器人的沉浸式实时远程操作平台 |
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2021
- 2021-03-17 CN CN202110287840.0A patent/CN115113517A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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