主—从异构遥操作系统的双向控制策略研究

【摘要】力觉反馈遥操作双向伺服控制系统在控制从端机械手作业的同时，还能把从手的位置和作用力信息反馈给主手，让操作者获得真实的临场感，好像在现场直接作业一样。作业任务完成的质量和效率取决于遥操作系统性能的优劣，因此，如何提高遥操作双向控制系统的力觉临场感成为研究的重要课题。本文结合国家自然科学基金项目“遥操纵多自由度电液伺服机械手力反馈控制策略”（项目编号：50975118），研究三自由度主从异构遥操作系统的双向控制策略。通过探讨新型控制策略的理论方法和仿真试验，并与传统控制策略形成对比，为改善力觉反馈遥操作双向伺服控制系统的操作性能奠定基础。本文建立了3-DOF并联主手OMEGA-3机构的运动学方程，推导运动学逆解的求解过程，并用数值法求出需要的运动学正解；运用虚功原理推导主手的动力学方程；分析OMEGA-3末端执行器的工作空间、奇异性、灵巧度等特性。针对多自由度并联机构的力、位移耦合特性，采用RBF神经网络逆系统方法来实现主手的解耦控制，并仿真验证其有效性。建立3-DOF串联从手电液伺服系统的数学模型，并设计PD校正控制器和扰动状态观测器实现系统的优化控制。分析现有遥操作系统控制策略的局限性，从位置约束空间的角度，提出新型控制策略；以位置约束空间矩阵代替常数增益，结合主、从关节空间误差，主端机械手成为从手位置空间的再现者，而不是简单地跟随从手的位置、力信号，从而使操作者感知与从端环境完全一样的位置约束空间。在从手自由运动、负载运动、障碍物干涉运动以及受到单向作用力运动的情况下，进行仿真试验。仿真结果表明，新型控制策略不仅能准确感知反馈力的大小，而且能判断发生干涉的自由度以及感知反馈力的方向，具有更好的力觉临场感。
【作者】黄勇；
【导师】巩明德；
【作者基本信息】吉林大学，机械电子工程，2014，硕士
【关键词】遥操作；力觉反馈；解耦控制；位置约束空间；控制策略；

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