[發明專利]基于對力與位置預測的多時延遙操作系統穩定性控制方法

有效

• 申請號: 201810361629.7
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108519739B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 李堅;黃琦;陶學偉;胡維昊;蔡東升;張真源;李晨;宮彥;王妮;鄧帶雨
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

1.一種基于對力與位置預測的多時延遙操作系統穩定性控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、估算從機器人所接觸環境的環境剛度參數K_c和環境阻尼度參數B_c

(1.1)、根據從機器人傳感器實時采集的環境接觸力F_e與從機器人位置x_s，建立關系式：

對(1)式兩邊同時取對數，得：

其中，ε為測量誤差；n為常數，其大小依賴于接觸物質材料及其幾何特性，取值介于1和2之間；

(1.2)、利用指數加權遞歸最小二乘法估算環境剛度參數K_c和環境阻尼度參數B_c

(1.2.1)、設置迭代次數k；

(1.2.2)、對公式(2)進行參數化；

令y_k＝ln(F_k)，

那么(2)式參數化后表示為：

(1.2.3)、結合公式(3)，利用指數加權遞歸最小二乘法對從機器人所接觸的環境參數識別，具體為：

在環境參數識別過程中，通過(4)式的迭代運算估算出第k迭代后從機器人所接觸環境剛度參數和環境阻尼度參數為：并作為從機器人所接觸環境剛度參數K_c和環境阻尼度參數B_c；

(2)、預測從機器人與環境的接觸力

其中，x_m表示主機器人的位置，為x_m的一階導數，表示主機器人移動速度；K_cx_mⁿ是非線性彈力，B_cx_mⁿ是非線性粘力；

(3)、利用擴展卡爾曼濾波算法預測從機器人位置

而估計值即為預測的從機器人位置

其中，u_k表示第k個時刻擴展卡爾曼濾波算法的輸入量；A_k和H_k均為第k個時刻的雅克比矩陣，Q_k表示第k個時刻的過程激勵噪聲的協方差矩陣；R_k表示第k個時刻的測量噪聲協方差矩陣；I表示單位矩陣；y(k)表示第k個時刻擴展卡爾曼濾波算法的觀測量；f(·)和g(·)表示非線性函數；()^T表示轉置；

(4)、基于力與位置預測，設計多時延遙操作系統對主機器人與從機器人的驅動控制律

主機器人的驅動控制律為：

從機器人的驅動控制律為：

其中，F_h表示操作者與主機器人的相互作用力，C₁和C₄表示位置通道的控制器，C₂和C₃表示力通道的控制器，C₅和C₆表示本地力反饋控制器，C_m和C_s表示本地位置反饋控制器；

(5)、利用主機器人與從機器人的驅動控制律分別控制主機器人與從機器人，從而實現多時延遙操作系統穩定性控制。

2.根據權利要求1所述的一種基于對力與位置預測的多時延遙操作系統穩定性控制方法，其特征在于，所述的環境參數識別時需要滿足的條件為：