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空间机器人遥操作双边控制技术研究

邓启文  
【摘要】: 随着空间探索的深入,空间机器人将发挥越来越重要的作用。遥操作是空间机器人的一种重要控制方式,用遥操作空间机器人代替宇航员进行空间作业不但能够避免宇航员舱外作业的风险,还能提高空间探索的经济性。遥操作有三种方式:预测控制、遥编程控制、双边控制,双边控制由于具有可应用于非结构化、未知从端环境的优点,成为近年来的研究热点。经过多年的发展,时延力反馈双边控制技术已取得了一定的进步,但仍然面临着许多问题。本文在前人研究的基础之上,主要对力反馈双边控制的性能指标及度量方法、基于绝对稳定性理论的双边控制方法、提高双边控制系统操作性能的方法、两自由度时延力反馈双边控制系统的搭建及控制方法、遥操作空间机器人的地面物理仿真实验系统等进行研究。下面分别对这几个方面进行详细介绍。 力反馈双边控制系统的基本要求是系统稳定、主端操作者感受到从手与环境的作用力、从手跟踪主手的运动,则系统的性能指标应能度量这三者。在以往的研究中,力反馈双边控制系统的性能指标主要为稳定性和透明性,它们分别度量系统是否稳定以及主端操作者感受从端环境的能力,但不能度量从手跟踪主手运动的能力。基于此,本文提出一种度量系统从手跟踪主手运动能力的性能指标:跟踪性,并分别定义透明性和跟踪性的定量度量函数,实现了对系统透明性和跟踪性的定量度量。 基于无源性的双边控制方法得到时延无关稳定性,系统稳定的鲁棒性很强,但由于系统的稳定性和透明性相冲突,系统的透明性较差。为了提高系统的透明性,本文引入系统稳定的绝对稳定性理论。然后证明无源性是绝对稳定性的充分非必要条件,即无源性是比绝对稳定性更保守的稳定条件,推出基于绝对稳定性的双边控制系统具有更好的透明性。基于绝对稳定性理论的双边控制方法的稳定性与时延相关,稳定的鲁棒性虽然较弱,但具有更好的操作透明性。基于以上分析,本文实现了基于绝对稳定性的双边PD控制方法,并对其稳定性、透明性、跟踪性进行了理论分析和实验验证。为了提高双边PD控制的操作性能,结合Anderson的虚拟力概念,提出了从手控制力反馈控制方法,也对其稳定性、透明性、跟踪性进行了理论分析和实验验证。 由于缺乏对从端环境的自适应能力,当从端环境改变时双边PD控制方法和从手控制力反馈控制方法的操作性能变差。本文提出了两种在从端环境改变时保证系统始终具有良好操作性能的方法:1,参数在线调节方法。这种方法首先通过参数辨识确定从端环境阻抗,然后根据辨识得到的从端环境阻抗,按照透明性或跟踪性分析得到的参数约束条件在线调节控制参数,使控制参数与从端环境始终相适应,从而保证系统始终具有良好的透明性或跟踪性。2,用力传感器测量从手与环境作用力并直接反馈回主端进行控制的方法。这种方法第一次把力传感器直接应用于力反馈双边控制。由于测量的力信息中包含从端环境阻抗信息,这种方法的操作性能就具有了对从端环境变化的自适应能力,且可消除透明性和跟踪性的冲突。 为了对前面的控制方法进行实验研究,本文搭建了一个两自由度的时延力反馈双边控制系统。系统的主手为驱动冗余并联机构,从手为PUMA562工业机械臂。针对驱动冗余并联机构运动学正解和逆解的特点,提出了一种快速计算其雅可比矩阵及对其进行力控制的方法。应用此系统进行了典型的力反馈双边控制实验,在时延6秒的情况下成功地实现了对未知曲面的跟踪操作。 当遥操作系统远端的从手为自由漂浮的空间机器人时,空间机器人的底座和本体之间存在运动学和动力学耦合,本体的运动会引起基座的相应运动,使得其运动学和动力学模型以及控制方法同固定基座机器人之间有很大的不同。为了验证自由飘浮空间机器人的模型及控制方法,本文提出了地面固定基座机器人和空间机器人之间的运动学等效原理,依据此原理提出了一种在地面用普通工业机械臂模拟遥操作空间机器人运动的方法。自由飘浮空间机器人的运动学模型采用根据动量守恒原理推导的广义雅可比矩阵方法,地面物理仿真机器人系统和空间机器人系统之间通过运动学等效原理进行等效,在此系统上成功地模拟了遥操作空间机器人捕获目标的作业。


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9 王国荣;;关于“时滞直接控制系统的绝对稳定性”一文的注记[J];湖南大学学报(自然科学版);1989年04期
10 肖淑贤;非线性控制系统绝对稳定性的代数判据[J];华中科技大学学报(自然科学版);1992年02期
11 卢朝晖,黄道君;模糊控制器的绝对稳定性圆判据[J];控制理论与应用;1994年06期
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14 杨斌,潘德惠;区间 Lurie 型控制系统的鲁棒绝对稳定性[J];东北大学学报(自然科学版);1998年02期
15 葛渭高;直接控制系统的绝对稳定性[J];北京理工大学学报;1991年01期
16 莫波,陈汉超,杨树兴,曹泛;电液伺服非线性系统稳定性判据[J];重庆工业高等专科学校学报;1999年Z1期
17 莫玉忠;;一类具有时滞的控制系统的绝对稳定性[J];广西工学院学报;2005年04期
18 肖淑贤;带m个非线性项的非定常系统的绝对稳定性[J];华中科技大学学报(自然科学版);1984年05期
19 莫波,曹泛;液压控制系统的绝对稳定性[J];北京理工大学学报;1996年03期
20 徐炳吉,廖晓昕;具有控制时滞的中立型Lurie控制系统的绝对稳定性判据[J];重庆工学院学报;2004年04期
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1 邓启文;韦庆;李泽湘;;提高遥操作系统的透明性[A];第25届中国控制会议论文集(中册)[C];2006年
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3 李元;孙晶鑫;谢彦红;;网络时延观测器设计方法研究[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集(2)[C];2008年
4 姜凤娇;;移动通信信道特性分析[A];中国航海学会通信导航专业委员会2004学术年会论文集[C];2004年
5 李常品;孙伟刚;;关于时延复杂动力网络的同步注记[A];第二十四届中国控制会议论文集(上册)[C];2005年
6 张超;鲁照权;丁飞;胡多根;;网络控制系统时延及控制方法综述[A];PCC2009—第20届中国过程控制会议论文集[C];2009年
7 张倩;郭西进;伍佳伟;;井下移动机器人网络控制的实现探讨[A];第十六届全国煤炭自动化学术年会、中国煤炭学会自动化专业委员会学术会议论文集[C];2006年
8 王国敬;穆志纯;蔡莎莎;;具有不确定传输延时的多模型网络控制系统研究[A];第13届全国计算机、网络在现代科学技术领域的应用学术会议论文集[C];2007年
9 赵群;焦李成;保铮;;二维时延有序BP神经网络模型与算法[A];全国青年管理科学与系统科学论文集(第2卷)[C];1993年
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1 ;赛车玩家好东东: 罗技MOMO力反馈天驹再现市场[N];中国计算机报;2003年
2 田耘;感受极速动感[N];中国计算机报;2002年
3 记者 廖秀娟;从闭门审理走向公开审理[N];汕尾日报;2007年
4 北电(中国)有限公司;北电有效解决传输骨干网时延[N];通信产业报;2004年
5 本期专家:高树林 李剑峰;专家坐堂之整机·外设[N];电脑报;2004年
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7 河南 闫书强;暑期大餐[N];电脑报;2004年
8 张远明 段小川 高柱;工会要重视职工思想调研[N];工人日报;2003年
9 韩琦;推动企业改善开发可跟踪性[N];中国电脑教育报;2007年
10 马斌;PoC:乘风破浪会有时[N];人民邮电;2005年
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