[发明专利]一种改进波变量的遥操作双边控制方法

说明书

本发明公开了一种改进波变量的遥操作双边控制方法。在传统波变量双边控制方法的基础上，本发明通过建立主从端动力学模型，改进通信通道结构，在保证系统稳定性的同时，大幅度提升了系统的透明性。针对传统波变量双边控制方法存在的波反射现象，本发明提出了两个可以根据不同需求独立选择的参数，简化了结构，减轻了波反射对系统透明性的影响，保证遥操作过程中的位置跟踪性能和力反馈的逼真度。本发明能够很好地保证遥操作系统在时延条件下的稳定性，同时提升从端的位置跟踪性能和力反馈的逼真度。本发明所公开的遥操作双边控制方法易于实现和应用，主要可以用于遥操作系统的双边控制，保证系统的稳定性和透明性。

技术领域

本发明属于遥操作控制领域，具体来说是一种时延双边遥操作系统的双边控制方法，在保证遥操作系统稳定性的同时提升遥操作系统的透明性。

背景技术

机器人的研发和运用，是帮助人类免去简单反复或沉重劳动的一个重大突破。近年来，自动控制技术的飞速前进，机器人的应用更加普遍。但是，针对某些复杂的作业环境，仅仅依靠机器人尚无法独立完成。因此，依靠人机交互工作方式的遥操作技术应运而生，并在空间探索、海洋开发、医疗手术等领域发挥着重要的作用。然而，随着任务复杂程度的增加，主从端距离的加大，控制和反馈信号在通信通道的传输中会产生较大的延迟，特别是长距离的通讯时延问题，会破坏系统的稳定性。

与以往公开的专利相比，《CN201510793832.8-一种基于波变量的定时延遥操作控制方法》主要是针对定时延条件下的遥操作系统提出稳定控制方法。但是，波变量的引入会引起波反射，并造成从端位置偏移，从而恶化系统的透明性，遥操作系统的稳定性和透明性之间的权衡问题仍然是一个具有挑战的问题。为此，本发明针对上述遥操作系统存在的稳定性和透明性权衡问题，提出一种新的遥操作双边控制方法，在保证遥操作系统稳定性的同时提升遥操作系统的透明性。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种遥操作双边控制方法，用以解决波变量的引入造成的波反射以及透明性恶化等技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案具体内容如下：

一种改进波变量的遥操作双边控制方法，包括以下步骤：

步骤1：建立双边遥操作系统的动力学模型

主端的动力学模型：

从端的动力学模型：

外界环境力模型：

从端控制器的控制力：

其中，M_m和M_s表示主从端的质量，F_h是操作者作用于主端的力，F_m是从端给主端的反馈力，F_e是从端受到的外界环境力，F_s是从端控制器的控制力，x_m和x_s分别是主端和从端的实际位移，对其微分，即主从端的实际速度，是主端传输给从端的期望速度，P和D是从端控制器的比例及积分系数，Z_e是环境阻抗系数。

步骤2：设计系统通信通道稳定控制器

在信号传输过程中，采用改进波变量进行传输，在时域内的改进波变换公式如下：

v_s(t)＝F_s(t) (6)