[發明專利]一種基于主端力緩沖的波變量四通道雙邊控制方法

有效

• 申請號: 201610009312.8
• 申請日: 2016-01-07
• 公開（公告）號: CN105459118B
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發明（設計）人: 高欣;趙啟飛;吳立凱;孫漢旭;賈慶軒;楊堉坤;王一帆
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于主端力緩沖的波變量四通道雙邊控制方法。在對遙操作雙邊控制系統同步性能研究的基礎上，本發明給出了一種定時延條件下力反饋雙邊控制系統同步性的定量度量函數；在波變量四通道雙邊控制結構中，通過在主端控制器添加力緩沖單元和補償單元來實現主從端同步控制，消除了波變換方法對主端控制器超前作用的影響；在本發明提出的同步性指標基礎上對所設計的控制系統進行主從端同步性分析，可得出所設計的控制系統具有較好的同步性能。

【技術領域】

本發明屬于機器人控制領域，具體涉及一種基于主端力緩沖的波變量四通道雙邊控制方法。

【背景技術】

遙操作雙邊控制系統的操作性能主要包括透明性和跟蹤性，其中透明性考察操作者感受從端環境的能力，跟蹤性衡量從手跟隨主手運動的能力。由于雙邊控制系統中引入了通信時延，導致系統對從端的控制始終滯后于主端，如果不采用適當的控制方法就無法實現在無時延時對主從端同步控制的效果，主從端的相對位置誤差也會一直存在，這將直接影響系統的透明性和跟蹤性。因此雙邊控制系統的操作性能僅僅考慮透明性和跟蹤性是不夠的，還應考慮系統主從端的同步性。同步性用來度量遙操作系統中從端實時跟隨主端運動的能力，良好的同步性能夠提升系統的透明性和跟蹤性，降低通信時延對系統性能的影響。

【發明內容】

有鑒于此，本發明的目的在于提高遙操作雙邊控制系統的同步性，提出一種基于主端力緩沖的波變量四通道雙邊控制方法。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案包括以下步驟：

第一步：建立雙邊控制系統在有時延下的單自由度的質量-阻尼動力學模型；

第二步：提出單自由度雙邊控制系統的同步性概念并定義其定量度量函數；

第三步：設計主端控制器：

通過對波變量四通道雙邊控制結構的主端控制器添加力緩沖單元和補償單元來實現主從端同步控制，消除波變換方法對主端控制器超前作用的影響。

第四步：分析單自由度雙邊控制系統的主從端同步性：

在本發明提出的同步性指標基礎上，根據四通道控制結構的理想透明性條件對所設計的控制系統進行主從端同步性分析。

進一步的，第一步中建立雙邊控制系統在有時延下的單自由度的質量-阻尼動力學模型的具體方法是：

考慮單自由度主從端結構，并等效為質量-阻尼系統，其動力學模型如下所示

上式中，xi為末端位置，mi為質量，bi為黏性系數，ui為控制輸入，i＝m,s分別代表主端和從端，fh為操作者施加給主手的力，fe為從端所受環境的作用力。

考慮到時延的影響，假設前向通道和反向通道的時延都為T，并根據遙操作系統結構和任務的不同，添加位置和力的比例縮放因素，則有