时延力觉临场感遥操作机器人系统预测控制研究

通讯时延是造成力觉临场感遥操作机器人系统不稳定和操作性能下降的关键因素，针对时延问题，提出了一种适用于时延力觉临场感遥操作机器人系统的广义预测控制方法，该方法通过预测控制器产成实时的预测力反馈以消除时延的影响．此外，为使该方法应用于遥操作机器人未知环境作业，本采用AUDI辨识算法对环境模型进行辨识．构造实验系统，通过实验验证了该方法的有效性．     

时延力觉临场感遥操作机器人系统预测控制研究

通讯时延是造成力觉临场感遥操作机器人系统不稳定和操作性能下降的关键因素 ,针对时延问题 ,提出了一种适用于时延力觉临场感遥操作机器人系统的广义预测控制方法 ,该方法通过预测控制器产成实时的预测力反馈以消除时延的影响 .此外 ,为使该方法应用于遥操作机器人未知环境作业 ,本文采用AUDI辨识算法对环境模型进行辨识 .构造实验系统 ,通过实验验证了该方法的有效性 .     

基于事件预测的遥操作机器人系统的性能分析

Internet的时变时延及数据丢包严重影响了互联网遥操作机器人系统的操作性能,甚至造成了系统不稳定.为降低时变时延对遥操作机器人系统性能的影响,文中基于具可变滑动窗口的稀疏多元线性回归算法提出了单步时延预测算法,并在此基础上设计了基于事件预测的网络遥操作机器人系统.该系统在主端加入基于时延预测的离散路径管理器,它通过求解超前的优化函数,在线产生一个合适的预测路径的事件参数,从而提高跟踪性能和环境适应能力以应付突发事件的发生.根据Lyapunov稳定性定理,文中还推导得到了该系统的稳定性条件.本地实验和跨地区的遥操作机器人实验结果表明,文中方法能有效解决时变时延以及网络数据丢包引起的稳定性问题和性能下降问题.     

基于Internet的实时遥操作移动机器人系统

为抵消网络可变时延对遥操作系统的影响,基于一种新的改进型Smith预估器,构建了预估控制下的网络实时遥操作移动机器人系统.该系统根据主、从端传感器交换的信息,通过动态模型管理器及其算法,保证了主、从端模型的一致性.文中根据端到端数据包多个到达的特性,提出了新的时延缓冲器管理算法,从而更好地将可变时延转化为常时延.为了增强系统控制的实时性,系统中还引入了模型的虚拟显示.长距离的网络遥操作实验验证了文中系统和控制策略的实用性及有效性.     

机器人网络遥操作仿真系统设计

建立了机器人的运动学模型，然后基于Delphi开发平台，应用OpenGL强大的图形功能，建立了主、从式机器人三维仿真模型：并在此基础上根据系统体系结构设计思想对机器人遥操作仿真系统进行设计，开发出一套基于网络的机器人遥操作仿真系统。并且对Delphi中网络控件TclientSockel和TserverSocket进行编程，实现了机器人控制命令和反馈数据在局域网上的实时双向传输，从而完成了主从式机器人的网络遥操作。仿真实验结果表明，该仿真系统是准确可行的。     

大时延环境下的分布式遥操作系统

遥操作仿真系统主要用于解决航天机器人遥操作过程中所遇到的大时延问题。本系统由三维实时仿真系统以及实际机器人实验系统两部分组成。操作人员输入的各个控制指令都会立即被三维实时仿真系统中的仿真机器人所响应 ,这些控制指令经过一定的时延以后传入实际机器人实验系统。同时遥操作系统可以通过比较传回的实际机器人状态和仿真机器人的状态来验证操作效果。因此本系统较好地解决了大时延下的遥操作问题     

3D图形预测仿真及虚拟夹具的大时延遥操作技术

以空间机器人在轨服务为背景,建立了卫星在轨自维护系统的地面遥操作平台.远端由安装在卫星本体上的一个四自由度机器人和灵巧手的臂/手系统组成,当卫星出现故障时,遥操作者通过空间鼠标和力反馈数据手套分别控制远端的臂/手系统排除卫星故障,实现卫星的自我维护.对于地面-太空之间通讯的大时延,利用3D图形预测仿真技术克服时延的影响,并采用虚拟夹具法提高遥操作系统的安全性和操作性能.在大时延及变时延(约7 s)的条件下,实现了武汉遥操作哈尔滨的自维护机器人臂/手系统,成功地完成了打开太阳能帆板的典型卫星在轨维护任务,验证了该方法的有效性,为今后实际空间机器人的地面遥操作提供了经验.     

基于标准双边控制的改进力反馈遥操作方法

针对空间机器人遥操作过程中的通讯时延问题,提出一种改进的PD双边力反馈遥操作控制系统。首先从理论上推导该控制系统绝对稳定的条件。在保证系统稳定的前提下,进一步研究提高系统透明性的方法并给出控制参数的约束条件。通过与标准PD双边控制方法的对比实验以及固定时延与变时延2种不同条件下的仿真实验,验证该改进方法具有显著提高遥操作系统透明性和跟踪性能的作用。研究结果表明:所推导的稳定性条件和透明性分析结论进一步完善了该PD双边控制方法,可对复杂遥操作系统中应用该方法提供参考。     

遥操作机器人系统的预测控制

遥操作机器人系统传输通道中存在通讯时延，造成系统不稳定和操作性能降低等问题．为了消除或减少时延的影响，利用前向神经网络建立环境模型，通过神经网络模型预测从机械手受力，并用时间前向观测器预测从机械手状态；然后用力、位置和速度反馈对系统进行设计，使得系统在环境模型未知的条件下稳定，还能获得良好的透明性；最后，将预测方法与无源控制方法进行切换，保证系统在环境剧变时的稳定性．实验结果表明了该方法的有效性．     

遥操作机器人系统克服时延影响的关键技术

综述了遥操作机器人系统克服时延影响的关键技术及其最近的研究进展 ;指出基于虚拟现实技术的遥操作机器人系统是其今后研究和发展的主潮流 ;认为致力于设计并研究对几何建模误差和动力学建模误差均具有鲁棒性的遥操作机器人系统 ,有效地解决系统通信时延问题 ,使其系统稳定 ,并具有良好的可操作性 ,才是切实可行办法     

基于Internet实时遥操作移动机器人

构建了能使操作者通过Internet远程实时控制的移动机器人系统。为了补偿网络时延和抵消其对遥操作系统的影响,基于我们以前提出的改进型Smith预估器原理,给出了预估控制策略。为了保证系统稳定性和透明性,基于主从端的传感器信息交换,设计了一个动态模型管理器,并给出了同步管理算法。除了力反馈外,为了增强系统控制的实时性,引入了预估的虚拟显示。为了降低时延抖动,提出了新的网络时延管理算法,并分析了时延缓冲器原理。最后长距离的网络遥操作实验验证了系统和控制策略的实用性和有效性。     

基于网络远程控制滑模变结构控制策略

基于网络远程控制循环中存在随机通信延迟时间,影响控制循环的稳定性.提出采用滑模变结构控制来消除控制循环中随机通信延迟时间对稳定性的影响,研究了滑模变结构控制的实现方法、滑动平面求解、控制函数的实现等.滑模变结构控制的仿真结果与远程机器人直接控制结果的对比表明,前者能够保证在存在随机通信延迟时间时控制系统的稳定,证明了滑模变结构控制应用于机器人远程控制的合理性.     

网络遥操作非线性离散系统的预估计算法

提出一种具有自适应功能的预估计算法来降低时延和丢包对网络遥操作系统性能的影响,本算法利用采样时间、时延时间和数据通过网络传输后变化的规律建立,分析并给出了这种非线性离散系统的稳定性条件．通过仿真实验,验证了该方法能有效地降低时变时延和丢包的影响,也减少了此类问题对系统数据的影响,同时提高了系统的透明度．     

采用受控Petri网的虚拟现实遥操作机器人系统模型

针对机器人遥操作系统分布式操作的特点,采用面向对象的虚拟现实建模方法构建系统的原型,使模型的复杂性不再与具体完成的任务有关.基于时序逻辑的推理规则,利用Petri网作为遥操作控制系统模拟与验证的工具,描述操作任务间的因果关系,并以共享控制模式为模型,描述遥操作控制系统的动态行为.最后,通过实验验证方法的合理性.     

交互式遥操作机器人实验平台设计及其应用

实验平台由主机械手、从机器人、远程视频监控和虚拟从手4个子系统组成,其中主手为自行研制的HC01异构式力反馈手控器,从手为日本安川公司的MOTOMANSV3X型6自由度工业机器人.在此平台上可以进行通信时延、遥操作工作模式、临场感技术、虚拟现实技术和交互技术等方面的研究.最后,以预见显示模式为例,进一步说明了实验平台的用途和用法.实验表明,在30 s大时延情况下,预见显示模式时主手可以成功控制从手完成物体的抓取、移动和放置等操作.     

一种改进的线性网络控制系统的鲁棒稳定性分析

考虑在网络传输延迟和数据丢包二者共同影响下的具有时变结构不确定性的线性网络控制系统的稳定性问题.首先采用模型变化方法,将网络控制系统模型转换为时滞系统模型;然后,通过引入一种新的考虑网络传输延迟下界的Lyapunov泛函,对具有结构不确定性的时变时滞系统的稳定性进行分析,给出了时滞相关的系统镇定的线性矩阵不等式条件.最后通过数值实例证明本文方法与现有方法相比具有更小的保守性.