變時延環(huán)境下的任務(wù)級遙操作關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、機器人遙操作能夠代替人在遠距離、真空、高溫和高輻射等人類難于直接觸及的環(huán)境下從事科學實驗、裝配作業(yè)和維護作業(yè)等。由于距離的影響，遙操作中的時延常常是變時延。變時延下的機器人遙操作，關(guān)鍵難點在于如何克服變時延對遙操作的影響。本文研究了變時延下機器人遙操作的若干關(guān)鍵問題。主要內(nèi)容包括：
　　 ⑴首先從虛擬環(huán)境建模和動力學建模兩方面，對機器人遙操作系統(tǒng)的構(gòu)建進行了分析。實體建模到運行仿真，為機器人遙操作系統(tǒng)的建立了平臺。在建模過程中考

2、慮了仿真運行的效率問題。采用模型簡化的方式，既從視覺上保證了不影響臨場感效果，又從物理上不影響仿真執(zhí)行結(jié)果。
　　 ⑵針對機器人遙操作任務(wù)復(fù)雜的問題，提出了將復(fù)雜遙操作任務(wù)進行結(jié)構(gòu)化描述的方法。以同構(gòu)的六元組結(jié)構(gòu)來描述遙操作任務(wù)，便于計算機識別和管理，充分利用從端機器人的自主智能。對復(fù)雜遙操作任務(wù)進行面向?qū)ο蟮木幊毯腿蝿?wù)分解，并將遙操作任務(wù)的操作過程劃分為“接近-操作-離開”三階段。所有的任務(wù)均按這種階段方式進行劃分，直至劃分到

3、不可再分的“動素”級別。為了在任務(wù)級操作過程中加強主端的干預(yù)能力，提出了任務(wù)級遙操作的切換策略，避免從端在任務(wù)執(zhí)行過程中遇到困難死鎖或誤操作。
　　 ⑶提出了將滾動預(yù)測用于從端機器人狀態(tài)預(yù)測的方法，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對機器人的從端當前狀態(tài)進行預(yù)測，減少因時延帶來的反饋信息滯后所造成的“運動-等待-運動”操作形式。仿真實驗表明這種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的滾動預(yù)測可以有效的減少預(yù)測仿真的誤差。
　　 ⑷針對遙操作中力反饋信息滯后和反

4、饋信息采樣率低的問題，提出了采用真實材料特性接觸力曲線輔助虛擬力計算的方法，提高虛擬力計算的效率；提出虛擬力外推的方法，提高力反饋信息采樣頻率，以獲取平穩(wěn)的力反饋效果。仿真實驗證明，該方法易用、可行。
　　 ⑸在遙操作回路中引入波變量，以平衡時延對遙操作系統(tǒng)的影響。設(shè)計了時延模擬器，在局域網(wǎng)對遙操作時延環(huán)境進行模擬。在對時延進行有效估計的前提下，基于無源性理論對遙操作系統(tǒng)穩(wěn)定性進行了分析。能夠證明系統(tǒng)在波變量的輔助下可以實現(xiàn)穩(wěn)定