[發(fā)明專(zhuān)利]一種力反饋雙邊遙操作穩(wěn)定控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711131207.2
• 申請(qǐng)日: 2017-11-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107932506B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉珊;楊波;鄭文鋒;魏小倩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 成都行之專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

本發(fā)明公開(kāi)了一種力反饋雙邊遙操作穩(wěn)定控制方法，通過(guò)前向通信通道和反向通信通道存在的有界隨時(shí)時(shí)延和主控制模塊采用的H_∞控制算法，對(duì)有界時(shí)延情形下的力反饋雙邊遙操作系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定控制，并對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)等不確定性具有較好的魯棒性，從控制模塊采用反演滑模控制算法，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，可處理遙操作系統(tǒng)中的各種不確定性，對(duì)干擾不敏感。最終達(dá)到靈活快速控制，并在穩(wěn)定控制的前提下提高系統(tǒng)的跟蹤性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人控制技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種力反饋雙邊遙操作穩(wěn)定控制方法。

背景技術(shù)

由于傳感器、控制及人工智能等技術(shù)的發(fā)展水平限制，機(jī)器人在往全自主智能化的發(fā)展中，近期內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜非結(jié)構(gòu)化環(huán)境自主完成任務(wù)。遙操作的機(jī)器人技術(shù)將主端操作者的智能決策融合到機(jī)器人的實(shí)時(shí)控制中，很大程度的提高了處于復(fù)雜環(huán)境中的機(jī)器人完成任務(wù)的效率。遙操作機(jī)器人使人類(lèi)擁有了在遠(yuǎn)程操控物體的能力。

隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，遙操作的應(yīng)用己經(jīng)從核工業(yè)領(lǐng)域，空間和水下探索，發(fā)展到了醫(yī)療領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域以及近年來(lái)的的娛樂(lè)行業(yè)。遙操作的醫(yī)學(xué)應(yīng)用隨著力觸覺(jué)設(shè)備的研究發(fā)展而變得尤為重要。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛躍發(fā)展也給雙邊遙操作機(jī)器人技術(shù)提供了更廣闊的應(yīng)用空間。一方面，有許多重要的應(yīng)用因?yàn)槿瞬荒苤苯踊蛲耆佑|操作環(huán)境或者操作環(huán)境太復(fù)雜或成本太大必須依靠遠(yuǎn)程作業(yè)，比如太空探險(xiǎn)，水下探險(xiǎn)，核操作等。另一方面，自主機(jī)器人在這些環(huán)境中靈活作業(yè)目前還不現(xiàn)實(shí)，因此遠(yuǎn)程作業(yè)成為一種必要選擇。尤其如今將Internet網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為遙操作機(jī)器人系統(tǒng)信號(hào)傳輸?shù)拿浇?，系統(tǒng)的低成本、高效率、易維護(hù)性、可重構(gòu)性等特點(diǎn)更加明顯。因此，遙操作機(jī)器人系統(tǒng)在諸如建設(shè)、服務(wù)、醫(yī)療、國(guó)防等遠(yuǎn)端平臺(tái)或機(jī)械裝備的操作方面有著巨大的應(yīng)用前景。

穩(wěn)定性和跟蹤性能是力反饋雙邊遙操作系統(tǒng)的兩個(gè)主要難點(diǎn)。盡管現(xiàn)有文獻(xiàn)在力反饋雙邊遙操作系統(tǒng)的控制算法和性能分析中取得了一些成果，但仍存在許多亟待解決的問(wèn)題。例如，在波變量理論中，盡管一些文獻(xiàn)提出了變時(shí)延情況下的遙操作系統(tǒng)的穩(wěn)定控制方法，但這些方法仍存在一定的保守性，即遙操作系統(tǒng)跟蹤性能較差。時(shí)域無(wú)源控制方法在一定程度上解決了波變量方法跟蹤性能較差的問(wèn)題，但是時(shí)域無(wú)源控制方法將遙操作系統(tǒng)表示成電路結(jié)構(gòu)的前提是此時(shí)系統(tǒng)是1自由度的，即時(shí)域無(wú)源控制方法只適用于1自由度的操作系統(tǒng)。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，所設(shè)計(jì)的力反饋雙邊遙操作系統(tǒng)應(yīng)該在任意時(shí)延的情況下可以穩(wěn)定運(yùn)行，并且具有較好的跟蹤性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種力反饋雙邊遙操作穩(wěn)定控制方法，在穩(wěn)定控制的前提下提高系統(tǒng)的跟蹤性能。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明為一種力反饋雙邊遙操作穩(wěn)定控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、建立主機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型

主機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型為：

其中，q_m是主機(jī)器人的位置向量，是主機(jī)器人的速度向量，是主機(jī)器人的加速度向量，τ_m是主機(jī)器人的控制力矩，M_m(q_m)是主機(jī)器人的質(zhì)量矩陣，是主機(jī)器人的離心力和哥氏力矢量，G_m(q_m)是主機(jī)器人的重力矢量，F(xiàn)_h是操作者作用在主機(jī)器人上的力；

(2)、設(shè)計(jì)主控制模塊的H_∞控制算法

(2.1)、建立主控制器模塊模型：

z(t)＝Dx(t)