[发明专利]基于主从参考模型的遥操作机器人自适应控制方法

摘要

一种基于主从参考模型的遥操作机器人自适应控制方法，包括：主边回路，从边回路以及通讯时延环节，主边回路由操作者、主机器人和主边环境模型构成，从边回路由环境、从机器人、从边环境模型、模型参数修正模块和模拟时延模块构成。从边环境模型提供参考力信号，与环境反馈的力信号输入模型参数修正模块进行比较，利用其误差，输出可调增益pc(τ)，pc(τ)从模型参数修正模块中输出，经过通讯时延环节后调节主边环境模型，由主边环境模型为操作者提供反馈力信号，同时，可调增益pc(τ)经过模拟时延模块后调节从边环境模型，不断的进行循环，主边环境模型和从边环境模型就不断地逼近真实的环境模型，形成克服时延影响的遥操作，并且使系统获得稳定的控制。

主权项

一种基于主从参考模型的遥操作机器人自适应控制方法，其特征在于，包括：主边回路(1)，从边回路(2)以及通讯时延环节(3)，主边回路(1)由操作者(11)、主机器人(12)和主边环境模型(13)构成，从边回路(2)由环境(21)、从机器人(22)、从边环境模型(23)、模型参数修正模块(24)和模拟时延模块(25)构成，主边环境模型(13)与从边环境模型(23)结构一致，设t为控制系统的时间变量，T为通讯时延环节(3)确定的时延量，引入时间标识tn，n＝0，1，2…，对各控制量进行说明，所述tn的意义为：设某一时刻为t0，则t1为t0之后经过了时延量T的时间值，t2为t1之后经过了时延量T的时间值，即为t0之后经过了时延量2T的时间值，以此类推，tn为t0之后经过了时延量nT的时间值。步骤1操作者(11)通过主机器人(12)发出主边位置信号xm(t0)，所述主边位置信号xm(t0)进入通讯时延环节(3)时延1T后形成从边位置信号xs(t1)，步骤2时延后的从边位置信号xs(t1)输入从机器人(22)，使从机器人(22)运动并产生环境位置信号xe(t1)，作用于环境(21)，同时环境位置信号xe(t1)作为从边环境模型(23)的输入量进入从边环境模型(23)，从边环境模型(23)根据环境位置信号xe(t1)产生从边模型输出力fcs(t1)，即： f cs ( t ) = p c ( t + 2 T ) · ( m c x · · ( t ) + d c x · ( t ) + k c x ( t ) ) 其中，pc(t)为可调增益，mc为模型的惯性系数，dc为模型的阻尼系数，kc为模型的弹性系数，所述环境根据环境位置信号xe(t1)产生环境反作用力fe(t1)，即： f e ( t ) = m e x · · ( t ) + d e x · ( t ) + k e x ( t ) 其中，me为环境的惯性系数，de为模型的阻尼系数，ke为模型的弹性系数，且所述环境反作用力fe(t1)反作用于从机器人(22)，同时环境反作用力fe(t1)进入到模型参数修正模块(24)，模型参数修正模块(24)根据从边环境模型输出力fcs(t1)及环境反作用力fe(t1)输出可调增益pc(t1)，令可调增益pc(t1)＝pct1，设τ为新的时间变量，相对于t0时刻，τ的起始点为t0+T，所述时间变量τ表征可调增益pct1输出之后的变化，即有pct1(τ)，步骤3所述可调增益pct1(τ)经过通讯时延环节(3)的1T时延后，得到pct1(τ T)，主边环境模型(13)根据pct1(τ T)以及主机器人(12)此时输出的主边位置信号xm(t2)，输出主边环境模型输出力fcm(t2)，即： f cm ( t ) = p c ( t + T ) · ( m c x · · ( t ) + d c x · ( t ) + k c x ( t ) ) 其中，pc(t)为可调增益，mc为模型的惯性系数，dc为模型的阻尼系数，kc为模型的弹性系数，所述主边环境模型(13)输出力fcm(t2)最终作用于主机器人(12)，主机器人输出力fh(t2)再作用于操作者(11)，即fh(t2)＝fcm(t2)，使操作者(11)感受到作用力，形成下一步的控制的参考，步骤4根据主机器人的输出力fh(t2)在t2时刻形成新的主边位置信号，新的主边位置信号用xm(t2+)表示，所述主边位置信号xm(t2+)进入通讯时延环节(3)时延1T后形成从边位置信号xs(t3)，步骤5时延后的从边位置信号xs(t3)输入从机器人(22)，使从机器人(22)运动并产生环境位置信号xe(t3)，作用于环境(21)和从边环境模型(23)，与此同时，步骤2中所述的可调增益值pct1(τ)经过模拟时延模块(25)模拟时延2T后，得到pct1(τ 2T)，从边环境模型(23)根据pct1(τ 2T)以及从机器人(22)此时输出的从边位置信号值xm(t3)，输出从边环境模型输出力fcs(t3)，作用于模型参数修正模块(24)，此时可调增益值pct1(τ)的运行周期终止，可调增益pct1(τ)消失，模型参数修正模块(24)根据环境位置信号xe(t3)作用于环境(21)产生的环境反作用力fe(t3)以及从边环境模型输出力fcs(t3)生成新的可调增益pc(t3)，设pc(t3)＝pct3，设τ为新的时间变量，此时相对于t0时刻，τ的起始点为t0+3T，所述时间变量τ表征可调增益pct3输出之后的变化，即有pct3(τ)，步骤6所述可调增益pct3(τ)经过通讯时延环节(3)的1T时延后，得到pct3(τ T)，主边环境模型(13)根据pct3(τ T)以及主机器人(12)此时输出的主边位置信号xm(t4)，输出主边环境模型输出力fcm(t4)，所述主边环境模型输出力fcm(t4)最终作用于主机器人(12)，主机器人输出力fh(t4)再作用于操作者(11)，即fh(t4)＝fcm(t4)，使操作者(11)感受到作用力，形成下一步的控制的参考，步骤7返回步骤1，以此循环，实现连续控制。