[发明专利]针对基于时滞概率分布的双边遥操作系统的同步控制方法

说明书

本发明提供了一种针对基于时滞概率分布的双边遥操作系统的同步控制方法，包括以下步骤：步骤1，建立具有n自由度的主从端机器人的动力学模型；步骤2，设计的控制方法；步骤3，利用概率统计的方法对网络中存在的时滞的分布规律进行描述。

技术领域

本发明涉及一种智能控制技术，特别是一种针对基于时滞概率分布的双边遥操作系统的同步控制方法。

背景技术

机器人双边遥操作系统是以遥操作技术为核心的一种系统，在该系统中，操作者通过本地端的操作完成对远端目标的控制，这一技术有着广泛的应用，诸如对远端系统的零部件更换与维护、核废料的处理、进行远程手术等操作者无法又或者不便于亲身参与的任务。遥操作系统可以让操作者避免直接参与此类任务带来的危险，同时还能提高工作效率与精度，这些优势使得这一技术成为机器人领域中颇受关注的一种控制系统。

典型的双边遥操作控制系统主要是由五个部分互联构成，它们依次是：操作者、主端机器人、通讯通道、从端机器人和操作环境。系统的运行和工作机制大致为：首先由操作者操作主端机器人，输入控制信号，然后主端机器人做出相应的动作，并通过一定的传感器对动作信息(主要有位置、速度和角速度等)进行采样并通过通讯通道发送出去。接下来由从端机器人按照接收到的动作信息重复或者再现主端机器人的动作，作用于环境中的操作目标。而从端机器人上的传感器也会将其动作信息进行测量通过通讯通道反馈给主端。操作者接收到反馈信息后与主端机器人动作进行对比和分析，做出下一步控制命令。循环执行前述步骤，最终可以实现从端机器人对主端机器人的动作跟踪，完成指定控制和操作任务。

双边遥操作控制系统中时滞(包括传输时延和处理时延)的存在，导致信号不能实时传输，使得主端和从端机器人出现了动作的不同步以及偏差，这大大降低了系统的操作和控制性能，甚至影响控制系统的稳定性。所以为了提高系统的控制性能，需要消除或者减弱时滞对双边遥操作系统的影响。

现有的基于时滞的双边遥操作系统的稳定性判据仅仅和时滞的变化范围有关，而不考虑前向时延和后向时延各自的分布情况。假如网络时延小于系统稳定所能接受的最大时延，那么系统就是稳定的。但如果网络时延超过了判据所允许的最大值，那么系统可能将不稳定。在实际系统中，很多系统中的时滞分布是具有一定的规律的，这些规律都可以利用概率统计的方法进行表达。易发现较大时滞的区间出现时滞的概率比较小，但却是以比较大的概率出现在时滞较小的区间范围内。所以针对可以利用概率统计方法描述的时滞分布的系统需要一种有效的同步控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对基于时滞概率分布的双边遥操作系统的同步控制方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种针对基于时滞概率分布的双边遥操作系统的同步控制方法，包括以下步骤：

步骤1，建立具有n自由度的主从端机器人的动力学模型；

步骤2，设计的控制方法；

步骤3，利用概率统计的方法对网络中存在的时滞的分布规律进行描述。

采用上述方法，步骤1中所述的动力学模型为

其中，q_i、是广义关节位置、速度矢量和加速度，m、s分别代表主、从端，M_i(q_i)是对称、有界正定惯性矩阵，表示向心力矩和哥式力矩矢量，F_h、F_e分别为操作者输入力矩和环境力矩，U_i(q_i)是机械手的势能。

采用上述方法，步骤2所述的控制方法为