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。     

基于主端力缓冲的波变量4通道双边控制方法研究

针对同步性能会直接影响遥操作双边控制系统的透明性和跟踪性的问题,提出了一种基于主端力缓冲的波变量4通道双边控制方法.首先,给出了一种定时延条件下力反馈双边控制系统同步性的定量度量函数;其次,在波变量4通道双边控制结构中,设计了异构形式的主从端控制器,通过在主端控制器添加力缓冲单元和补偿单元来实现主从端同步控制,消除了波变换方法对主端控制器超前作用的影响;在此基础上,采用多回路反馈结构稳定性分析方法对提出的方法进行稳定性分析,并得到系统稳定的约束条件.最后通过仿真和搭建的实验平台验证了所提方法的有效性.      

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廷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.     

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 .     

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．     

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．     

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.     

基于事件驱动的无线网络控制系统的建模与控制

针对同时具有网络诱导时延与丢包的无线网络控制系统,研究了系统的建模与控制问题。考虑到系统随机时延可能大于一个采样周期且伴有连续丢包情况,结合基于事件驱动控制的思想建立了新的数学模型,并进一步给出了无线网络控制系统指数稳定的充分条件。最后用仿真实验验证了该方法的有效性。     

利用波域预测的四通道时延双边遥操作

将波变量法与预测技术及四通道遥操作系统结构相结合,在保证时延系统稳定性的基础上提高其透明性.根据理想透明性条件分析了四通道结构的参数选择方法.为了将波变量方法应用于四通道结构,通过合理的力/速度信息组合将四通道结构分割成二端口网络并对其输入输出信息进行了波变换.在主端的波域加上预测器,并设计能量综合器来保证预测器的无源性.分析了所提方法的透明性和稳定性.仿真实验表明,在一定条件下所提方法能够保证时延系统的稳定性,并具有较好的透明性.     

Internet环境下遥操作机器人系统的无源控制研究

将Internet作为系统的通信通道以后,遥操作机器人系统的研究实现了非常大的发展。但是遥操作机器人系统的稳定性和透明性问题至今仍没有得到较好的解决。该研究设计了一种最大程度上模拟Internet真实状况的网络仿真模型。除此之外,为了提高系统的稳定性,提出带有滤波器和主从端控制器的无源控制方法。最后,通过实验得到验证。     

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。     

时延小世界网络的霍普分叉控制

对具有时延的小世界网络模型进行了分析,研究了网络模型平衡点的局部稳定性,把时延看作分岔参数,推导出了霍普分叉产生的参数条件.当系统存在霍普分叉时,系统会产生振荡、失稳等现象,为了稳定该网络模型,提出了一种脉冲控制霍普分叉的方法.分析了脉冲控制系统全局渐近稳定的充分条件,通过数值仿真验证了此控制方法的有效性.     

基于模型的时延网络控制系统的研究

针对网络存在时延情况,研究了一种基于模型控制器的网络控制系统的稳定性条件.利用被控对象的信息,网络控制系统尽可能减少传输的数据量以适应网络带宽的需求.给出了在这种网络时延条件下,系统稳定时更新时间h与网络时延τ所应满足的充分必要条件.通过Matlab的仿真实验,表明了该结论的正确性和有效性.     

基于人工势场的空间遥操作共享控制

在大通信时延、微重力的空间环境中,使用机械臂实施单元更换等遥操作存在巨大挑战。该文提出了一种基于人工势场的共享控制方法,即利用服务星机械臂上测距传感器阵列产生引力或斥力信号来增强地面遥操作的控制指令,以共享控制模式扩展人类远程控制与操作能力。该方法在一个6-DOF Motoman机械臂上得到了有效实现。地面实验系统上的实验表明此方法能够克服5s以上的时延影响并显著提高操作效率。     

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.     

短时延非线性网络控制系统PD型迭代跟踪控制

研究了一类短时延非线性网络控制系统PD型迭代学习跟踪控制问题.依据泛数理论,详细推导了当不存在初始误差时该系统对期望信号的跟踪控制过程,得到其收敛的充分条件,为网络环境下的非线性系统提供了一种新的控制策略.最后,通过示例仿真分析证实了本文所提理论的有效性,以及收敛判据的可行性.     

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.     

阻尼摄入的比例控制中基于遗传算法的参数整定研究

阻尼摄入的比例控制被广泛地应用于遥操作机器人系统的控制中来确保系统的稳定,但是该方法的参数整定一直是一个难题。文中提出了一个基于遗传算法对阻尼摄入的比例控制进行参数整定的方法。并且,利用MATLAB/SIMULINK建立了遥操作机器人系统的仿真平台,对所提出的方法进行了有时延的自由运动和接触运动仿真实验,并对实验结果进行了分析和比较,证明了方法的有效性。     

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．     

长时延和丢包的网络控制系统保性能控制

为了研究具有长时延和丢包的网络控制系统保性能控制问题,假设传感器由时钟驱动,控制器和执行器由事件驱动,网络时延在两个采样周期之间,丢包具有马尔科夫跳变特性,利用状态增广的方法,把具有长时延和丢包的网络控制系统建模为具有两种运行模式的离散时间马尔可夫跳变系统,把网络时延转化为系统参数矩阵的不确定性.在此基础上,利用马尔可夫线性跳变系统理论和线性矩阵不等式方法,推导出使网络控制系统随机稳定的保性能控制律存在的充分条件,并给出了设计方法.数例仿真说明了所用方法的有效性.