[發明專利]一種基于時延補償的機器人遙操作預測控制方法

有效

• 申請號: 201810047031.0
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108303880B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 黃攀峰;陳海飛;劉正雄;董剛奇;孟中杰;張夷齋;張帆
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種基于時延補償的機器人遙操作預測控制方法，首先給出機器人的數學模型以及一些相關說明，然后再利用雙重RBF神經網絡，包括兩個預測RBF神經網絡和兩個估計RBF神經網絡，分別預測主從端的狀態信息(本地端預測RBF神經網絡用來預測從端機器人狀態信息；遠端預測RBF神經網絡用來預測本地端機器人狀態信息)和估計主從端建模時的不確定性(本地端估計RBF神經網絡用來估計本地端機器人不確定性；遠端預測RBF神經網絡用來估計本地端機器人不確定性)。最后基于設計的預測控制方法設計了一個類PD控制器實現了主從端機器人的跟蹤控制。

技術領域

本發明屬于機器人控制技術研究領域，涉及一種基于時延補償的機器人遙操作預測控制方法。

背景技術

機器人遙操作技術，是指操作人員在本地端通過操作本地端機器人實現對遠端機器人高沉浸感、近實時同步操作的技術。它的這種遠程操作特性使得它在生活中的各 個領域獲得了廣泛的應用，例如在航天器的在軌服務領域，機器遙操作技術可進行包 括失效衛星維護和救助、太空垃圾清理等任務。同時，機器人遙操作技術還常常用于 海洋開發領域、醫療領域、遠程制造和核材料處理、核電站安全監控等人類不便或無 法親身參與的領域。于是，機器人遙操作技術作為機器人應用領域的一種重要支撐技 術得到了極大地重視和研究。

機器人遙操作系統主要由五部分組成，包括操作者，本地端機器人(主端)，主從端通信鏈路，遠端機器人(遠端)和遠端環境。機器人遙操作系統的運行機制可分為 如下幾個階段：第一階段，操作者在本地端通過施加控制作用給本地端機器人，從而 使得本地端機器人按照期望的軌跡運動和動作。第二階段，本地端機器人的動作信息 (包括位置、角度和速度等信息)，通過主從端上行通信鏈路傳輸至遠端機器人，遠端 機器人按照輸入的運動和動作信息對目標執行期望的操作。第三階段，機器人的動作 信息和遠端環境信息(包括位置、角度、速度和環境外作用力等信息)，通過主從端下 行通信鏈路傳輸至本地端機器人。第四階段，操作者根據傳輸回來的遠端信息，與本 地端機器人信息作比較和判斷，從而發出進一步的操作命令，最終使得遠端機器人能 夠跟隨本地端機器人執行相應的操作。

然而，信號在主從端通信鏈路的傳輸過程中會產生傳輸時延。同時，信號的各個處理階段也會產生較大的處理時延。從而導致信號不能實時的得到傳輸和利用，這就 導致了本地端機器人和遠端機器人的操作和動作的不同步，大大降低了系統的操作性 能，甚至導致整個系統的不穩定。因此有必要設計先進的控制策略對時延進行補償， 保證信號的實時傳輸。信號的能否實時傳輸和利用，直接影響著系統的操作性能、穩 定性和任務的成敗，所以克服大時延對機器人遙操作系統的影響成為了機器人遙操作 技術的研究重點。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種基于時延補償的機器人遙操作預測控制方法，通過預測控制策略實時的預測系統的狀態，并利用該預測狀態信息執行 相應的操作，達到時延補償的目的，從而從根本上消除時延的影響。

技術方案

一種基于時延補償的機器人遙操作預測控制方法，其特征在于：在本地機器人端添加一個RBF神經網絡，在遠端機器人側添加一個RBF神經網絡，步驟如下：

步驟1、建立本地端機器人和遠端機器人的動力學模型：