Patent DE-102020113409-B4 (DE)
Title: Verfahren zum Steuern eines Slave-Systems mittels eines Master-Systems
Inventor: SINGH HARSIMRAN
IPC: B25J9/16
Filed: 2020-05-18
Granted: 2022-03-17
Abstract: Verfahren zum Steuern eines Slave-Systems mittels eines Master-Systems mit haptischem Feedback in dem Master-System, das aus dem Slave-System stammt,- wobei das Master-System eine manuell bedienbare Master-Vorrichtung zum Steuern der Position eines Slave-Manipulators des Slave-Systems aufweist, mit welcher der Manipulator zu einem Zielobjekt verschoben wird,- wobei sich das Slave-System entfernt von dem Master-System befindet und beide Systeme bidirektional über einen Telekommunikationskanal kommunizieren, der eine zeitveränderliche Kommunikationsverzögerung in mindestens einer Richtung aufweist,- wobei das Slave-System den Manipulator basierend auf dem Master-Vorrichtungspositionssignal steuert, nachdem dieses über den Telekommunikationskanal übertragen worden ist, und- wobei das Master-System eine Master-Steuerung zum Steuern der Master-Vorrichtung aufweist, um haptisches Feedback basierend auf dem verzögerten Kraftsignal des Slave-Systems zu erzeugen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:- durch manuelles Betätigen der Master-Vorrichtung sendet das Master-System über den Telekommunikationskanal ein Positionssignal, das eine aktuelle Master-Vorrichtungsposition repräsentiert, an das Slave-System als Steuerbefehl für die Slave-Steuerung zum Verschieben des Manipulators des Slave-Systems entsprechend der aktuellen Master-Position,- das Slave-System empfängt den Steuerbefehl des Master-Systems und sendet über den Telekommunikationskanal und aufgrund dessen Verzögerung ein Feedback-Signal, das die Slave-Manipulatorposition und die Größe der von dem Slave-System erzeugten Kräfte repräsentiert, an das Master-System, wenn der Manipulator bei Verschiebung das Zielobjekt oder ein potentielles Hindernis berührt,- das Master-System empfängt das Feedback-Signal von dem Slave-System und wandelt es in Größe und Richtung der Kraft um, die auf die Master-Vorrichtung und durch die Master-Vorrichtung auf die Bedienperson wirkt, welche die Master-Vorrichtung manuell bedient,- das Positionssignal, das die aktuelle Master-Position des Master-Systems repräsentiert und das die von der Slave-Steuerung erzeugte Kraft, die auf den Slave-Manipulator wirkt, repräsentiert, und das verzögerte Positionssignal, das die verzögerte Kraft und die verzögerte Slave-Position des Slave-Systems repräsentiert, werden in eine Auswerteeinheit eingespeist, um den Gradienten der folgenden Gleichung auszuwerten:gradient=ƒ˙sdx˙m−x˙sd=ƒ˙sde˙mwobei- ƒ̇sddie Änderungsrate des durch das Slave-System erzeugten verzögerten Kraft ist,- ẋmdie Änderungsraste der aktuellen Master-Position ist,- ẋsddie Änderungsrate der verzögerten Slave-Position ist, und- ėmdie Änderungsrate der Differenz zwischen der aktuellen Master-Position und der Änderungsrate der verzögerten Slave-Position ist,- das verzögerte Kraftsignal des Slave-Systems, das die verzögerte Kraft repräsentiert, modifiziert wird und das modifizierte Kraftsignal in das Master-System eingespeist wird, wobei die Modifikation wie folgt ist:- wenn der Wert des Gradienten der Funktion während des Druckpfads positiv oder negativ ist, dann wird die Kraft basierend auf der folgenden Gleichung berechnet:ƒμ= μ ƒsdwobei µ = 1,- wenn der Wert des Gradienten der Funktion während des Freigabepfads positiv oder negativ ist, dann wird die Kraft basierend auf der folgenden Gleichung berechnet:ƒμ= μ ƒsdwobeiμ=|ƒ˙sd(n)|e˙m(n)|e˙m(n)|ƒsd(n)+ƒμ(n−1)ƒsd(n),- wenn bei fsd(n) = 0 der Wert des Gradienten der Funktion positiv oder negativ ist, dann wird die Kraft basierend auf der folgenden Gleichung berechnet:ƒμ= μ ƒsdwobei µ = 0,mit n als die aktuelle Abtastzeit und n-1 als die vorherige Abtastzeit.