[发明专利]基于互联网的遥操作机器人无源控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及遥操作机器人控制技术领域，是一种基于互联网的遥操作机器人无源控制方法。

背景技术

遥操作机器人系统由操作者、主机器人、通信环节、从机器人和工作环境组成。是指操作者对本地主机器人进行操作，并将运动指令通过通信媒介传送给远地从机器人，从机器人接收到命令跟踪主机器人的运动，完成远程复杂或危险环境下的任务，同时将自己的工作状态返回给操作者。但是由于遥操作机器人系统是通过互联网Internet作为传输媒介，Internet本身存在可变时延，数据丢包等现象，而且Internet的时延上限随着系统主从端的距离增大而变大，数据丢包现象也变得严重，这就提高了系统主端对从端控制上的难度，系统的透明性也会下降。目前，国内国外的研究大多针对系统的稳定性，对系统透明性的研究较少，而且针对大时延的研究也很少。

发明内容

本发明提供了一种基于互联网的遥操作机器人无源控制方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有遥操作机器人系统基于互联网通讯下的稳定性较差、透明性不足的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种基于互联网的遥操作机器人无源控制方法，包括操作端、主端模型、滤波器、主端控制器、互联网、从端控制器、从端模型和从端现场设备，其步骤如下：步骤1，建立主端模型、从端模型、主端控制器和从端控制器；步骤2，将操作端、主端模型、滤波器和主端控制器依次相连，将从端控制器、从端模型和从端现场设备依次相连，主端控制器和从端控制器通过互联网进行通讯；步骤3，根据互联网的网络历史数据设定滤波器的参数，之后根据滤波器的参数设定主端控制器参数和从端控制器参数的初始值；步骤4，通过操作端向主端模型发出控制信号；步骤5，主端模型对收到的控制信号进行运算处理并发送至滤波器；步骤6，滤波器对收到的信号进行滤波处理并发送给主端控制器；步骤7，主端控制器对收到的信号进行运算处理并发送至互联网；步骤8，从端控制器连接互联网并接收信号，对收到的信号进行运算处理并发送至从端模型；步骤9，从端模型对收到的信号进行运算处理并发送至从端现场设备；步骤10，根据从端和主端的信号跟踪状况调整主端控制器参数和从端控制器参数，实现对从端现场设备的遥操作控制。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

建立上述主端模型的方法是：

设为操作者力信号，为主端速度阻尼系数，为主端速度信号，为主端惯性系数，为主端加速度信号，为从端电机反馈力信号，

则主端模型为，

其中设定：主端速度阻尼系数=0.05，主端惯性系数=0.06；

建立上述从端模型的方法是：

首先，建立环境动力学模型，设为环境力信号，为环境惯性系数，为从端加速度信号，为环境速度阻尼信号系数，为从端速度信号，为环境刚性增益，

则环境动力学模型为，

其中设定：环境惯性系数=0，环境速度阻尼信号系数=10.05，环境刚性增益=0；

其次，建立从端模型，设为从端电机力信号，为环境力信号，为从端惯性系数，为从端加速度信号，为从端速度阻尼信号系数，为从端速度信号，

则从端模型为，

其中设定：从端惯性系数=0.06，从端速度阻尼信号系数=0.05。

上述滤波器为基于电感元件的滤波器，滤波器的参数为滤波器感抗值，设定滤波器感抗值的方法是：

首先，利用网络时延测量软件检测互联网的时延均值和时延方差，则互联网的网络时延阈值为网络的时延均值加网络的时延标准差，丢包率阈值为实际测量的丢包率；

其次，根据网络历史数据修改滤波器感抗值：当网络平均时延大于网络时延阈值，网络实际丢包率大于丢包率阈值时，当网络平均时延每增大0.3秒或丢包率每增大2%，滤波器感抗值增大0.5；当网络平均时延小于网络时延阈值，丢包率小于丢包率阈值时，减小滤波器感抗值；当网络时延阈值为1秒时，滤波器感抗值=1.5亨；

之后，根据从端反馈信号调整滤波器感抗值：如果信号断续严重则相应增大滤波器感抗值，反之则相应减小滤波器感抗值。

建立上述主端控制器的方法是：

设为主端控制器力信号，为主端控制器刚性增益系数，为主端速度信号，为从端电机反馈速度信号，为主端控制器速度阻尼系数，为主端电机速度信号，

则主端控制器为；

建立上述从端控制器的方法是：

设为从端控制器力信号，为从端控制器刚性增益系数，为从端速度信号，为从端电机速度信号，为从端控制器速度阻尼信号，