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 .     

电液伺服遥操作机器人的力觉临场感研究

该文借鉴电机驱动主从随动控制系统的研究方法，并结合液压系统的特殊性，对电液伺服遥操作主从机械人的力觉临场感进行了分析。综合了对称型双向伺服控制系统和力直接反馈型双向伺服控制系统的优点，以从端受力形成力反馈控制量的增益，位置误差和位置误差的变化率形成力反馈控制量，提出了改进对称型控制算法，即力一位置综合型双向伺服控制算法。实验结果验证了新方法的有效性。     

具有触觉视觉临场感的遥操作机器人

为有效控制机器人完成复杂、精巧的任务,提高机器人在非确定环境下的作业效率,提出了一种具有触觉和视觉临场感功能的遥操作机器人控制新方法。机械手抓握或触摸物体时产生触觉,触觉信号经处理后通过数据手套的震动来刺激操控人员,实现触觉临场感,操控者可根据触觉临场感来掌握自己的手部动作;视觉临场感以视频和3D虚拟工作场景的形式再现。实验表明,该方法能有效提高遥操作机器人的操作能力。     

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．     

虚拟现实力觉临场感系统的动力学建模研究

介绍了虚拟现实力觉临场感系统构成,指出了虚拟现实技术是解决力觉临场感遥控作业系统时延的最有效的方法之一;实现虚拟现实力觉临场感系统的关键是建立精确的虚拟环境模型。提出了分段描述环境动力学特征的观点,并进一步讨论了不同工作区中环境的动力学模型,阐述了环境等效阻抗具有非线性、时变性;同时给出了操作者、主从机械手子系统的动力学模型。该研究将对虚拟现实力觉临场感遥控作业系统的分析、设计和控制具有重要意义。     

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     

力觉临场感机器人基于在线修正虚拟模型的远程控制

虚拟建模技术是克服遥操作时延问题的有力手段,但是这种方式依赖于虚拟模型建立的精度.为了获得准确的虚拟模型,提出了一种在线修正虚拟模型的方法,通过对虚拟模型几何误差和动力学误差的在线修正,从而获得准确的交互信息.首先采用图形图像的叠加及远地位置和力信息的融合技术来修正远地环境的几何模型,同时采用滑动平均最小二乘法(SALS)来实时辨识远地工作环境的质量、阻尼和刚度,建立和修正远地环境的动力学模型.实验结果表明,通过以上方法在线修正的远地虚拟环境模型可以有效地消除时延带来的影响,提高系统的可操作性.     

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.     

时延遥操作系统的从端预测无源控制

在传统的波控制器基础上,用线性两点预测与五点二次预测凸联合的方法对从端的期望速度与反馈力进行在线预测,并用此预测值指导从端机器人的动作,使其具有一定的自主性.当其与环境的接触力发生突变时,则停止预测,并适当回退其动作,等待操作者的指令.在从端设计了一个无源控制器用来吸收多余能量,以保证从端无源性,从而保证加入预测器后系统稳定.仿真实验表明,如果环境模型精确,安全系数选取适当,与传统的波控制器相比该方法能将系统的操作性能提高一倍以上.     

遥操作康复机器人系统的透明性研究

针对遥操作康复机器人系统通信时延引起系统性能下降问题,通过建立系统的等效电路图,采用阻抗匹配的方法分析了系统在有时延和无时延两种情况下的透明性。仿真实验结果表明该方法的有效性,时延下的系统在保证稳定的基础上实现了良好的透明性。     

力觉临场感系统中的时延环节

利用力觉临场感遥控系统中传输环节的混合参数矩阵，证明了时延对整个系统的影响，描述了２种改善或消除时延影响的方法。针对实际系统进行了分析，得出了增大主操作器阻尼会增加稳定性，而增大从操作器阻尼会增加不稳定性的结论。     

力觉临场感遥控作业虚拟现实系统研究

虚拟现实技术是目前解决力觉临场感遥控作业系统时延问题的一种强有力工具．本文研究了遥控作业虚拟现实系统的构成和实现原理,针对力觉临场感遥控作业系统时延问题提出了一种力觉虚拟现实实现算法,并构造实验系统验证了该算法的有效性．     

力觉临场感系统的小时延稳定性分析

从建立力觉临场感系统的时延动力学方程出发,利用差分微分方程组对力觉临场系统的时延稳定性进行分析,采用李亚普诺夫函数进行讨论,根据从机械手的动态状态自由运动状态及与环境作用状态两种情况分别进行讨论,确定了时延界限,实验结果验了时延界限的正确性。     

力觉临场感系统在时延下新的无源控制算法

通讯时延影响了力觉临场感系统的运行性能和稳定性。本文利用无源Ｎ端口网络的理论，分析了时延对力觉临场感系统的影响，提出了一套评价系统运行性能的计算方法，并以上此为基础，给出了一种新的无源控制算法，既保证了系统的性，又使得系统的运行性能最优。     

力觉临场感系统的动力学建模及控制策略

由于对主从机器人系统中主从手的动力学控制可使操作者获得对操作物体的力觉临场感,增强其执行复杂遥操作任务的能力．基于该系统在笛卡尔空间的动力学模型,阐述了该系统的控制结构和控制策略．通过分析系统的动力学特性,表明了在不同控制策略下,主从手的动力学特性对操作者力感觉的影响．指出了力反射伺服型系统可以较有效地抑制系统内的动力学干扰     

力觉临场感系统在时延下新的无源控制算法

通讯时延影响了力觉临场感系统的运行性能和稳定性。本文利用无源Ｎ端口网络的理论，分析了时延对力觉临场感系统的影响，提出了一套评价系统运行性能的计算方法，并以此为基础，给出了一种新的无源控制算法，既保证了系统的稳定性，又使得系统的运行性能最优。     

具有力觉临场感主从机器人在遥装配作业中的应用

通过建立一套具有力觉临场感的主从机器人系统。研究了非确定性环境下借助临场感技术实现遥操作的控制理论和设计方法。遥装配作业实验结果表明了控制方案的可行性。     

空间机器人自适应无源控制技术研究

建立了力觉临场感空间机器人的等效二端口网络模型,给出了定量分析系统透明性的方法,分析了通信时延对力觉临场感空间机器人无源性和透明性的影响,提出了一种基于有源阻抗匹配的自适应无源控制方法,这种方法能够保证整个系统有时延下的稳定性和良好的透明性。实验结果表明了该方法的有效性。     

遥操作机器人系统基于前向观测器的状态反馈控制

针对遥操作机器人系统传输通道中存在的通讯时延,建立系统的状态空间表达并提出用时间前向观测器预测从手系统状态,用力、位置和速度反馈以消除或减小时延对系统的影响.以系统的渐近稳定性,主、从机械手静态跟踪误差为零为目标,设计反馈控制器并对控制器的设计参数进行了分析.仿真结果表明提出的方法是有效的.     

人机交互力觉临场感遥操作机器人技术研究

 人机交互式机器人是当前机器人学研究的前沿和热点之一,而临场感(telepresence)技术是人与机器人交互的核心。本文通过阐述力觉临场感遥操作机器人技术的产生、发展和现状,介绍了力觉临场感遥操作机器人的系统组成,指出力觉临场感遥操作机器人面临的3 个难题:力感知、力反馈和大时延力控制。针对以上问题,对力觉临场感遥操作机器人的四大关键技术:传感技术、力反馈与触觉再现技术、大时延控制技术、虚拟预测环境建模技术进行了综述;介绍了东南大学仪器科学与工程学院机器人传感与控制技术研究所30 年来开展人机交互遥操作机器人技术研究的进展及其在核探测、康复医疗领域应用的情况。展望了人机交互力觉临场感遥操作机器人技术未来研究与发展的重点。