[發(fā)明專利]網(wǎng)絡(luò)遙操作機(jī)器人系統(tǒng)及時(shí)延克服方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210332531.1
• 申請(qǐng)日: 2012-09-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102825603A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾慶軍;陳靜;王彪;章飛;陳偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機(jī)器人的控制系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)的遙操作機(jī)器人的控制系統(tǒng)以及時(shí)延克服方法，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

20世紀(jì)90代以來(lái)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)械電子和傳感器等方面的技術(shù)把機(jī)器人與網(wǎng)絡(luò)相連，可以實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的遙操作機(jī)器人。網(wǎng)絡(luò)遙操作機(jī)器人可以利用網(wǎng)絡(luò)作為媒介，連接位于網(wǎng)絡(luò)兩端的操作者和機(jī)器人等設(shè)備，操作者利用從遠(yuǎn)端反饋回的聲音、圖像、位置、力等狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)對(duì)遠(yuǎn)端機(jī)器人進(jìn)行交互控制，完成生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)、探險(xiǎn)等操作行為。

然而，隨著遙操作機(jī)器人被廣泛應(yīng)用到空間、深海、工業(yè)生產(chǎn)及人民生活的各個(gè)領(lǐng)域，在操作者的安全性和工作效率提高的同時(shí)，其嚴(yán)重的不足也暴露出來(lái)：遙操作系統(tǒng)固有的時(shí)延特性影響著系統(tǒng)的正常工作，時(shí)延較大或變化時(shí)，將大大降低系統(tǒng)的性能，甚至造成不穩(wěn)定。網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延尤其是大時(shí)延和變時(shí)延給遙操作機(jī)器人帶來(lái)的影響，主要體現(xiàn)在降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性、透明性。

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者專家們已經(jīng)提出了不少解決時(shí)延問(wèn)題的方法，目前關(guān)于遙操作機(jī)器人系統(tǒng)的研究方法主要有三種，即預(yù)測(cè)控制、遠(yuǎn)程規(guī)劃和雙邊控制。

預(yù)測(cè)控制作為解決遙操作系統(tǒng)時(shí)延問(wèn)題的有效方法，其主要思想是通過(guò)在主機(jī)器人控制站建立從機(jī)器人和環(huán)境的虛擬模型，并用虛擬模型對(duì)從機(jī)械手受力進(jìn)行預(yù)測(cè)。當(dāng)遠(yuǎn)程從機(jī)器人和環(huán)境的模型和虛擬模型的模型相同時(shí)，操作者對(duì)虛擬模型的接觸就等同于和真實(shí)環(huán)境的接觸。但是預(yù)測(cè)控制也有自身的不足之處，它一種基于模型的精確控制方法，需要知道從機(jī)械手和環(huán)境的精確模型，而且控制算法相對(duì)復(fù)雜。為了解決預(yù)測(cè)控制算法復(fù)雜的問(wèn)題，將預(yù)測(cè)控制與模糊推理相結(jié)合，可以將模型模糊化，使控制方法更簡(jiǎn)單，更符合人們的控制思想，再結(jié)合不依賴于時(shí)間基于事件的建模方法，可進(jìn)一步克服時(shí)延的影響，提高控制效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種網(wǎng)絡(luò)遙操作機(jī)器人系統(tǒng)及時(shí)延克服方法，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)遙操作系統(tǒng)，并解決網(wǎng)絡(luò)遙操作機(jī)器人現(xiàn)存的時(shí)延問(wèn)題。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種網(wǎng)絡(luò)遙操作機(jī)器人系統(tǒng)，由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同，功能對(duì)稱的機(jī)械手通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)聯(lián)系在一起。包括主機(jī)械臂1、從機(jī)械臂2、主計(jì)算機(jī)3、從計(jì)算機(jī)4、第一數(shù)據(jù)采集卡5、第二數(shù)據(jù)采集卡6、第一單片機(jī)7、第二單片機(jī)8。所述主計(jì)算機(jī)3通過(guò)第一數(shù)據(jù)采集卡5采集主機(jī)械臂1的位置和力信號(hào)，所述從計(jì)算機(jī)4通過(guò)第二數(shù)據(jù)采集卡6采集從機(jī)械臂2的位置和力信號(hào)，所述主計(jì)算機(jī)3和從計(jì)算機(jī)4通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)將主從機(jī)械臂的位置和力信號(hào)相互傳遞，所述主計(jì)算機(jī)3將控制信號(hào)由串口通信傳遞至第一單片機(jī)7，第一單片機(jī)7輸出PWM脈沖信號(hào)控制主機(jī)械臂1工作，所述從計(jì)算機(jī)4將控制信號(hào)由串口通信傳遞至第二單片機(jī)8，第二單片機(jī)8輸出PWM脈沖信號(hào)控制從機(jī)械臂2工作。

一種網(wǎng)絡(luò)遙操作機(jī)器人系統(tǒng)的時(shí)延克服方法，包括以下步驟：

1.建立針對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的基于事件模型

以事件變量s代替現(xiàn)有系統(tǒng)中的參考變量—時(shí)間T，基于事件的控制中，選取s為機(jī)械手走過(guò)的距離，設(shè)定每當(dāng)s遞增一段距離，產(chǎn)生一個(gè)事件，并把當(dāng)前的狀態(tài)信息發(fā)送給路徑管理器；

運(yùn)動(dòng)參考變量的產(chǎn)生方法：經(jīng)過(guò)事件產(chǎn)生器得到反饋事件s，為了使參考事件s跟蹤上期望參考事件s_d，采用如下算法產(chǎn)生期望的事件輸入：

sd=s-k(dsddt-dsdt)]]>

定義e=s_d-s，可知s收斂于s_d；

設(shè)機(jī)器人的一般模型如下：