(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 202211196286.6 (22)申请日 2022.09.29 (71)申请人 中国科学院沈阳自动化研究所 地址 110016 辽宁省沈阳市沈河区南塔街 114号 (72)发明人 库涛　刘鑫宇　刘金鑫　林乐新　 (74)专利代理 机构 沈阳科苑专利商标代理有限 公司 210 02 专利代理师 王倩 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种数据/模 型混合驱动的机器人远程 驱动 方法 (57)摘要 本发明涉及智能制造人机交互的虚拟现实 应用技术领域， 具体涉及一种数据/模型混合驱 动的机器人远程驱动方法。 包括以下内容为： 1) 虚拟现实环 境下的数字孪生模型正向驱动方法。 2)使用机器人正向运动学数学模型的正向驱动 矫正方法。 3)虚拟现实环境下的数字孪生模型逆 向驱动方法。 4)使用机器人逆向运动学数学模型 的逆向驱动矫正方法。 5)正逆向联合驱动的协调 方法。 本发明提出了一种一种数据/模型混合驱 动的机器人远程驱动方法， 通过现实 中的机器人 驱动虚拟环 境中的数字孪生模型。 在操作者对数 字孪生模型进行交互， 使其发生改变时， 再通过 指令反向驱动现实设备。 两种驱动方法相互配 合， 提供了一种高效， 直观， 精确的机器人远程驱 动方法。 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 CN 115401696 A 2022.11.29 CN 115401696 A 1.一种数据/模型混合驱动的机器人远程驱动系统， 其特 征在于， 包括： 物理实体， 用于实时采集机器人待驱动部位的实时状态数据并对数据进行滤波处理， 以及根据驱动指令驱动机器人； 机器人数学模型， 用于根据状态数据解算机器人的理论位姿以及根据用户指令解算机 器人的待驱动位姿作为驱动指令； 数字孪生模型， 用于以数字化方式创建机器人实体的虚拟模型； 遥操作系统， 用于人机交互， 对虚拟模型下的发用户指令以及对虚拟模型进行实时的 可视化。 2.根据权利要求1所述的一种数据/模型混合驱动的机器人远程驱动系统， 其特征在 于， 所述机器人 数学模型包括： 用于根据状态数据解算机器人的理论位姿的正向运动学模型以及用于根据用户指令 解算机器人的待驱动位姿的逆向运动学模型， 所述正向运动学模型和逆向运动学模型双向 驱动机器人， 且并行进行。 3.根据权利要求1所述的一种数据/模型混合驱动的机器人远程驱动系统， 其特征在 于， 所述系统间各部分之间为双向驱动关系， 既通过物理实体的实时数据驱动数字孪生模 型， 又通过在虚拟空间中对数字孪生模型 的交互操控物理实体， 并且正向驱动和逆向驱动 同时进行， 通过 条件判断以及优先级设置实现正逆向联合驱动。 4.一种数据/模型混合驱动的机器人远程驱动方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 物理实体实时采集机器人待驱动部位的实时状态数据并对数据进行滤波处理， 以及根 据驱动指令驱动机器人； 机器人数学模型根据状态数据解算机器人的理论位姿以及根据用户指令解算机器人 的待驱动位姿作为驱动指令； 数字孪生模型以数字化方式创建机器人实体的虚拟模型； 遥操作系统对虚拟模型 下发的用户指令以及对虚拟模型进行实时的可视化。 5.根据权利要求4所述的一种数据/模型混合驱动的机器人远程驱动方法， 其特征在 于， 通过物理实体的空间传感器传来的数据以及数字孪生模型的各项 数据和用户与数字孪 生模型的交互信息， 判断是否发生 驱动， 判断过程中， 将各个关节角度与上一次检测存储的 关节数据进 行比对， 从而得到各关节的变化情况， 当变化情况超出的设置的系统误差后， 判 断为需要进 行驱动， 将前后关节数据的差值传递给机器人数学模型， 通过模型计算， 得到驱 动指令。 6.根据权利要求4所述的一种数据/模型混合驱动的机器人远程驱动方法， 其特征在 于， 当驱动发生时， 首先设置驱动锁， 每次驱动进行前均会对驱动锁进行判断， 当驱动锁为 锁定状态， 即有另一项驱动正在 进行中， 此时将驱动信息存储至队列之中， 并不断检测驱动 锁是否解除； 当驱动锁被解除后， 从队列中取出驱动信息， 跟据当前数字孪生模 型状态以及 物理实体中机器人状态对其进行安全检测， 通过后则发送驱动信号， 继续进行驱动。 7.根据权利要求4所述的一种数据/模型混合驱动的机器人远程驱动方法， 其特征在 于， 所述驱动方法包括正向驱动以及逆向驱动， 且正向驱动和逆向驱动同时进 行， 通过条件 判断以及优先级设置实现正逆向联合驱动。 8.根据权利要求7所述的一种数据/模型混合驱动的机器人远程驱动方法， 其特征在权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115401696 A 2于， 所述正向驱动即通过物理实体驱动数字 孪生模型， 具体为： 对机器人数字孪生模型进行预驱动， 判断机器人是否存在干涉， 当有干涉产生时， 中断 该驱动过程， 停止现实空间中机器人的运动， 用户检查后需要重新进行驱动过程； 对机器人各个关节 的旋转角度进行判断， 当旋转角度超过关节的限制角度时， 该关节 停在其旋转范围内与目标旋转角度设定角度的位置， 并通过遥操作系统将错误信息进 行可 视化； 根据正向运动学模型自底向上计算出各个关节的理论位姿， 与驱动后数字孪生模型进 行对比并根据误差进行调整， 不断迭代各关节角度， 以减少数字孪生模型与物理实体间的 差异。 9.根据权利要求7所述的一种数据/模型混合驱动的机器人远程驱动方法， 其特征在 于， 所述逆向驱动即由数字 孪生模型驱动物理实体， 具体为： 当用户与将数字孪生模型中各个关节 交互时， 检测交互产生影响的物体交互后的位姿 数据， 将数据存储在队列中， 并筛选出现实空间可驱动的设备， 生成相应的驱动指令， 存储 在队列中； 对物理实体进行安检 检测， 判断驱动 后的机器人 数据是否存在安全隐患； 当进行完安全检测后， 依次发送驱动指令驱动物 理实体向数字孪生模型的驱动后位置 运动； 驱动完毕后， 将传感器数据传递回数字孪生模型， 并将驱动后的位姿信息与队列中存 储的位姿信息进行对比， 以验证驱动的正确性与准确性。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115401696 A 3