遙操作機器人系統(tǒng)時延補償研究.pdf

1、遙操作機器人的出現(xiàn)使得人類可以完成在難以接近或者有害環(huán)境中的復雜作業(yè)，從而擴展了人類的感知和操作能力，保證了人類的安全?，F(xiàn)今，遙操作機器人系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在航空航天、深海探索、軍事、核工業(yè)和醫(yī)療等各個領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　但是隨著網(wǎng)絡(luò)的引入，通信時延往往不可避免，并將導致遙操作系統(tǒng)性能下降甚至失穩(wěn)。因此，對遙操作機器人系統(tǒng)的時延問題進行研究具有非常重要的意義。
　　本文主要研究了機器人遙操作系統(tǒng)的時延補償問題，主

2、要做了如下工作：
　　1．針對固定時延下的單自由度遙操作系統(tǒng)，將自抗擾控制技術(shù)和Smith預估器相結(jié)合設(shè)計了遙操作控制器，既解決了通信時延導致系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題，又對Smith預估器失配引起的不確定性進行了補償，降低Smith預估器對于模型誤差的敏感度。
　　2．針對遙操作系統(tǒng)通信環(huán)節(jié)中的時變時延問題，設(shè)計了一類基于通信干擾觀測器的時延補償方法。將時延引起的動態(tài)描述為一類網(wǎng)絡(luò)干擾，通過設(shè)計干擾觀測器估計并補償該網(wǎng)絡(luò)干擾。同時，

3、在遙操作系統(tǒng)主端仍然采用自抗擾控制器，以增強系統(tǒng)的抗干擾能力和魯棒性，從而實現(xiàn)時變網(wǎng)絡(luò)誘導時延的在線補償并保證遙操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　3．針對多自由度遙操作系統(tǒng)中存在時變時延的情況，研究了其運動同步控制問題。設(shè)計了基于廣義擴張狀態(tài)觀測器的遙操作控制器，實現(xiàn)了遙操作系統(tǒng)穩(wěn)定并且主從關(guān)節(jié)角位置同步的目標。首先通過反饋線性化將遙操作系統(tǒng)建模為一類干擾不匹配的線性系統(tǒng)。進而，設(shè)計了廣義擴張狀態(tài)觀測器和相應(yīng)的控制器，實現(xiàn)了對網(wǎng)絡(luò)誘導時延引