[發明專利]一種遙操作機器人實時性控制系統及控制方法

在審

• 申請號: 202010629811.3
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111730596A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 翟文正
• 申請（專利權）人: 常州信息職業技術學院
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 張賞

本發明涉及機器人應用技術領域，具體涉及一種遙操作機器人實時性控制系統，包括上位機、實時目標機和遙操作機器人；本發明還提供一種遙操作機器人實時性控制方法；本發明在Simulink Real?Time UDP通信架構的同步模式中，運行遙操作機器人的PID控制算法，使遙操作機器人具有良好的實時性能，同時提高了控制的穩定性和高精度。

技術領域

本發明涉及機器人應用技術領域，特別是涉及一種遙操作機器人實時性控制系統及控制方法。

背景技術

遙操作機器人(Teleoperation Robot)是由人操縱在極端環境(距離遙遠、對人有害或操作不便)下完成復雜作業的機器人系統，包括：操作者、主端機器人子系統、通訊環節、從端機器人子系統和工作環境。操作者通過操縱主機器人進行相應的動作，通過通信線路將控制指令傳輸到遠距離人難以接近或有危害的環境中，控制從機器人作用于環境完成相應的任務。從端和環境的相關信息則經由上述環節反饋到操作者，使操作者身臨其境，從而有效完成操作任務。

遙操作系統將人的感知能力和智慧、經驗參與到機器人控制中，克服了完全自主式機器人在傳感、智能方面的限制，從而使得從機器人在特殊環境或遠距離環境中更加有效地執行任務，如空間探索、海洋開發、核能利用、遙微操作、遠程醫療以及易高溫、高壓、缺氧環境下的作業等。

大多機器人系統需要高頻硬實時，周期性計算對底層關節位置、速度和扭矩實時控制，急需一個帶有簡易編程接口的實時環境支持計算機科學家算法?；赗OS(RobotOperation System，機器人操作系統)的高層Simulink集成已有研究，但并非實時。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明提供一種遙操作機器人實時性控制系統及控制方法，在Simulink Real-Time UDP通信架構的同步模式中，運行遙操作機器人的PID控制算法，使遙操作機器人具有良好的實時性能，同時提高了控制的穩定性和高精度。

為解決現有技術的不足，本發明提供的技術方案為：

本發明提供一種遙操作機器人實時性控制系統，包括上位機、實時目標機和遙操作機器人；

所述上位機設有圖形化上位機界面和人機控制接口，上位機用于將Matlab/Simulink模型編譯后分離為運行于上位機的Matlab/Simulink模型一和運行于實時目標機的Matlab/Simulink模型二；圖形化上位機界面用于輸入控制命令；Matlab/Simulink模型一用于根據實時目標機的反饋結果實時調整PID控制算法參數；

所述實時目標機用于運行Matlab/Simulink模型二，將上位機的控制命令轉換為遙操作機器人的動作指令；以及運算PID控制算法實時調整遙操作機器人的動作指令；

所述遙操作機器人用于根據遙操作機器人的動作指令執行相關動作，并將執行結果反饋至實時目標機。

優選的，所述實時目標機包括實時計算CPU和IO板卡；

所述IO板卡用于實時目標機與上位機和遙操作機器人之間的數據傳輸；

所述實時計算CPU用于根據上位機的控制命令，通過運行Matlab/Simulink模型二得出遙操作機器人的動作指令；以及運算PID控制算法實時調整遙操作機器人的動作指令。

優選的，所述IO板卡與上位機通過Ethernet，采用用戶數據報協議進行數據傳輸；

所述IO板卡與遙操作機器人通過Ethernet，采用SimuLink Real-Time和用戶數據報協議，以太網幀的形式進行數據傳輸。

優選的，所述實時計算CPU具體用于，

根據控制命令利用Matlab/Simulink模型二計算主/從操縱器各關節電機的輸出力矩；