[发明专利]一种针对非对称结构下柔性遥操作系统的控制方法

说明书

本发明公开了一种针对非对称结构下柔性遥操作系统的控制方法。其内容是：建立n维非对称结构下柔性遥操作系统模型；在网络通信时变时延下定义主、从机器人位置同步误差变量，并基于该定义，设计新的带有输入时延的主从机器人控制方法；基于线性矩阵不等式给出遥操作系统的稳定的时滞相关稳定性条件，保证遥操作系统在外界输入力为零时的稳定性和同步性。本发明通过保证在柔性遥操作系统性能不对称结构以及时变不对称时变时延下的稳定运行，从而提高了系统的灵活性和实用性。本发明中的控制方法简单，只用到了电机的位置及速度信息，因此提高了该控制方法的实用性。

技术领域

本发明涉及非线性柔性遥操作系统控制技术领域，尤其涉及一种针对非对称结构下柔性遥操作系统的控制方法。

背景技术

网络化遥操作系统作为能最大限度发挥人类和机械系统各自优势的远距离操作系统，在当代具有广泛的应用前景及巨大的应用价值。典型的网络化遥操作系统主要由五部分组成，其分别为操作者、主机器人、网络信息传输通道、从机器人以及从机器人所处的外界环境。其工作模式大致可描述为：操作者操作本地主机器人，并将主机器人的位置、速度等信息通过网络等传输媒介传送给从机器人，从机器人按照接收到的主机器人的位置和速度信息，在特定环境下模拟主机器人的行为从而完成各种复杂工作，同时从机器人的工作状态将反馈至主端操作者，便于操作者根据从机器人的运动状态做出正确的决策。

近年来遥操作系统已经被广泛应用于核事故救援、空间探测，深海探测以及远程医疗等领域。遥操作系统在实际应用中，一方面主从端之间信息交互不可避免地受到通信带宽的限制；另一方面主从系统模型不仅具有强烈的非线性特性，且易受到系统参数不确定和外界工作环境扰动的影响。针对遥操作系统提出了大量的控制方法来保证其具有很好的工作性能。然而现有控制方法的实现均基于主从机器人为刚性机器人的假设基础上，而实际中机器人或多或少存在柔性特征。且从传统的机械制造业到航天航空等技术领域以及机器人制造等精密机械，低刚度和柔性化成为这些领域结构设计制造的一个重要发展方向。而应用于高速、高精、高负载自重比的柔性机器人结构尤其受到工业及航天航空领域的重视。柔性机器人是一个异常复杂的动力学系统，其相对于刚性机器人而言，具有速度高、能耗低、操作空间大、质量轻等优点，使其能够满足未来机器人在高速、精密、大承载和轻量化等应用方面的要求。因此我们迫切需要展开针对柔性遥操作系统的控制研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对非对称结构下柔性遥操作系统的控制方法，以弥补现有控制策略存在的不足。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种针对非对称结构下柔性遥操作系统的控制方法，该方法内容包括以下步骤：

S1.建立n维非对称结构下柔性遥操作系统模型；

S2.在网络通信时变时延下定义主、从机器人位置同步误差变量，并基于定义的主、从机器人位置同步误差变量，设计新的带有输入时延的主从机器人控制方法；

S3.基于线性矩阵不等式给出遥操作系统的稳定的时滞相关稳定性条件，保证遥操作系统在外界输入力为零时的稳定性和同步性。

优选地，在步骤S1中，所述建立n维非对称结构下柔性遥操作系统模型，其具体内容包括：

遥操作系统中的从端机器人往往工作于复杂恶劣的环境中，这些复杂恶劣的环境极易给从机器人的控制器带来巨大的影响；因此，将从端机器人的控制器置于主端，在此结构下远处的从机器人只需要将位置、速度等信号传输到控制器，并接收来自控制器的控制输入；非对称机构下的远程遥操作系统具有较高的灵活性和模块化性，因此从机器人的控制方法可以在近处进行实现和修改，因此适合于各种环境的部署；

考虑由两个柔性关节机器人系统组成的遥操作系统，其动力学模型为：