[发明专利]一种基于采样的双边遥操作系统的从转矩反馈控制方法

说明书

本发明给出了一种基于采样的双边遥操作系统的从转矩反馈控制方法,包括以下步骤：步骤1：分析基于网络通信的双边遥操作系统的结构、网络通信中存在的非对称的时变时延和如何降低传输能耗问题；步骤2：针对网络通信中存在的非对称的时变时延和降低传输能耗问题，设计一种有效的基于采样的双边遥操作系统从转矩反馈的控制方法保证透明性与同步性能；步骤3：通过仿真实例对所得分析结果进行验证。

技术领域

本发明属于智能控制领域，特别涉及基于采样的双边遥操作系统的从转矩反馈控制方法。

背景技术

在计算机网络技术和机器人技术发展的基础上，产生了基于网络通信的遥操作科学。基于网络通信的双边遥操作系统很大程度上降低了成本，扩大了遥操作距离，便于实现远程化管理，更有利于推进机器人技术的发展。随着网络技术的快速发展，如何将网络技术引入遥操作系统中，将网络作为遥操作系统的通讯环节来增加系统的开放性和灵活性是一大热点。与传统机器人系统相比基于网络的双边遥操作系统跨越了地域和空间，并且可以实现从端与主端交互，还可以实现分布式协同，且易于维护系统性能可靠。然而，现有结果基本都主要依赖于在连续时间内进行信息交换的假设，这意味着所有信息都会不断地传输。在实际应用中，尤其是对于远程信号传输而言，网络的带宽和能量受到限制，因此这种连续时间信息交换的假设较难实现。此外，由于通信渠道总是处于高频状态，因此连续时间信息交换相当耗能。因此采用基于采样的方法以降低传输能耗，节省网络带宽资源是必要的。

发明内容

本发明的目的是在通信网络存在非对称时延的情况下采用采样的方法以降低传输能耗，通过使用从转矩反馈的方法保证系统透明性并使得双边遥操作系统同步。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于采样的双边遥操作系统的从转矩反馈控制方法，包括以下步骤：

步骤1：对基于网络通信的双边遥操作系统的结构和网络通信中存在的非对称的时变时延以及如何降低传输能耗的问题进行分析；

步骤2：针对网络通信中存在的非对称的时变时延和降低传输能耗问题，采用基于采样的双边遥操作系统从转矩反馈的控制方法；

步骤3：通过仿真实例对所得分析结果进行验证，验证从转矩反馈控制方法的有效性。

更进一步的，所述步骤1具体为：

n阶机械臂系统，拉格朗日动力学模型为：

上式中，是广义关节位置和速度矢量；M_i(q_i)∈R^n×n,(i＝m,s)是对称、有界正定惯性矩阵；表示向心力矩和哥氏力矩矢量；τ_i∈Rⁿ,(i＝m,s)是控制输入转矩矢量，F_h∈Rⁿ,F_e∈Rⁿ分别为人类输入力矩和环境力矩；

特性1：对任意q，惯性矩阵M(q)都是一个对称的正定矩阵；

特性2：矩阵函数对于任意的都是斜对称的；

特性3：存在正定标量β_i满足U_i(q_i)≥β_i，其中U_i(q_i)是机械手的势能，满足关系

在双边遥操作系统中，其保持时间满足0＝t₀＜t₁＜...＜t_k，并且当t→∞时t_k→∞，采样时间为h；

本发明中基于从转矩反馈的控制策略设计为：