基于Internet的遙操作機(jī)器人系統(tǒng)時延控制研究.pdf

1、遙操作機(jī)器人特別是具有力覺臨場感的遙操作系統(tǒng)極大拓展了操作者的感知和控制能力，已被廣泛應(yīng)用于空間計劃、深海探測、核工業(yè)以及醫(yī)療衛(wèi)生等各個領(lǐng)域。在操作者的安全性和工作效率得到提高的同時，嚴(yán)重的不足也暴露出來：遙操作系統(tǒng)固有的時滯特性影響著系統(tǒng)的正常工作，時延較大或變化時，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和Internet在全球的普及，以Internet為傳輸媒介的遙操作系統(tǒng)因其通用性和低成本成為目前學(xué)者們研究的熱點。所圍繞的中

2、心問題就是網(wǎng)絡(luò)時延隨機(jī)變化、無界(丟包)和亂序給遙操作系統(tǒng)帶來的不穩(wěn)定和力覺臨場感的喪失。 針對遙操作系統(tǒng)通訊時延嚴(yán)重影響力覺臨場感系統(tǒng)穩(wěn)定性和透明性的問題，本文給出了一類新的控制方法，為力反饋遙操作系統(tǒng)建立了內(nèi)模控制結(jié)構(gòu)：I)針對固定時延系統(tǒng)，設(shè)計從端本地反饋控制器和內(nèi)模控制器分別實現(xiàn)主從機(jī)械手速度和力的跟蹤，兼顧系統(tǒng)在任意固定時延下的穩(wěn)定與透明，因為內(nèi)模結(jié)構(gòu)具有預(yù)測功能，操作者具有良好的力覺臨場感；2)針對變時延系統(tǒng)，機(jī)械手

3、的速度跟蹤本地閉環(huán)保持不變，力的跟蹤則采用魯棒控制，將在一定范圍內(nèi)變化的傳輸時延看作被控對象參數(shù)的不確定(攝動)，運用H<,∞>最優(yōu)控制理論確定使系統(tǒng)在有界時延下魯棒穩(wěn)定和滿足最優(yōu)魯棒性能指標(biāo)的控制器參數(shù)取值范圍，將變化時延對系統(tǒng)穩(wěn)定性和透明性的影響降到最??；3)在對Internet時延特性分析的基礎(chǔ)上，探討如何將以上給出的H<,∞>控制方法應(yīng)用到以Internet為傳輸媒介的遙操作系統(tǒng)中，給出新的數(shù)據(jù)收發(fā)處理算法和時延控制算法來解決網(wǎng)

4、絡(luò)時延的無界、丟包和亂序等問題，將Internet時延規(guī)范到H<,∞>控制的有效被控范圍內(nèi)，使遙操作系統(tǒng)在Internet時延環(huán)境下依然保持良好的穩(wěn)定性和透明性。 三個部分的設(shè)計是承接關(guān)系，一、二部分是Internet遙操作系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，也可單獨使用。整個控制系統(tǒng)是在內(nèi)模結(jié)構(gòu)之上進(jìn)行的雙控制器設(shè)計，每個控制器分別有一個控制參數(shù)，參數(shù)數(shù)量少且相關(guān)度低，依照某種性能指標(biāo)進(jìn)行選取的靈活性大；借助內(nèi)?？刂平Y(jié)構(gòu)的特殊性，以透明性為目標(biāo)