[发明专利]一种非线性遥操作系统的多边自适应滑模控制方法

说明书

本发明公开了一种非线性遥操作系统的多边自适应滑模控制方法。本发明基于径向基神经网络函数，估计了从端环境动力学的非功率环境参数，并通过通信通道传输回主端进行主端环境力重构；针对主从机器人存在的非线性、各种不确定性问题，本发明分别在主从端设计轨迹生成器，以及基于径向基神经网络的非线性自适应滑模控制器，并设计了一种在线训练包含系统建模信息的非线性函数的自适应率，保证了系统的稳定性和精确的位置追踪性能；针对多机器人间的信号通信问题，通过设计协同力分配算法，实现了多个从机器人的控制力分配，从而提升了多个从机器人对作业任务的协同操作性能。

技术领域

本发明属于遥操作控制领域，具体来说是一种非线性遥操作系统的多边自适应滑模控制方法，能同时保证非线性遥操作系统的稳定性、透明性和多主从机器人的协同操作。

背景技术

随着作业任务往复杂、精细的方向发展，依靠人机交互的遥操作技术被不断用于工业环境中，特别是依靠多主从机器人协同作业的多边遥操作技术的发展，即通过多个操作者在主端操作多个主机器人实现对多个从机器人的协同控制，完成复杂或精细的作业任务，在太空探索、深海采样、远程医疗、安全检测等领域得到了广泛的应用，并作为机器人应用领域的一项重要支撑技术而被广泛研究。

然而，信号在通信通道的传输会不可避免地产生通信时延，从而影响从机器人接收到主机器人命令信号的准确性，恶化遥操作系统的稳定性和透明性。此外，由于复杂或精细的从端作业任务需求，往往要求多个具有多自由度的机器人进行协同作业，而这类机器人往往存在非线性和各种不确定性，且多机器人间的信号通信会使通信通道中的信号传输变得更加复杂，传统的基于无源理论和四通道结构的线性遥操作系统结构都不能很好地实现较好的控制性能。因此，针对通信时延造成的遥操作系统稳定性和透明性的权衡，以及多个具有多自由度的主从机器人存在的非线性、各种不确定性以及多机器人间的信号通信等问题。

发明内容

本发明提出了一种非线性遥操作系统的多边自适应滑模控制方法，以解决传统多边遥操作系统存在的稳定性、透明性、非线性、各种不确定性和多机器人协同操作等技术问题。

为实现上述目的，该发明的技术方案具体内容如下：

一种非线性遥操作系统的多边自适应滑模控制方法，包括以下步骤：

(一)建立非线性多边遥操作系统的动力学模型。

(二)基于径向基神经网络设计从机器人的自适应滑模控制器。

(三)基于径向基神经网络函数的作业环境估计与主端环境重构。

(四)基于径向基神经网络设计主机器人的自适应滑模控制器。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、基于径向基神经网络函数，估计了从端环境动力学的非功率环境参数，并通过通信通道传输回主端进行主端环境力重构，不仅避免了功率信号在通信通道中的传输，而且为操作者提供准确的力反馈信息。

2、基于径向基神经网络函数，通过设计自适应率在线训练包含系统建模信息的非线性函数，从而解决了多边遥操作系统主从机器人存在的各种不确定性。

3、通过基于径向基神经网络的非线性自适应滑模控制方法，使从机器人实时、准确地跟踪主机器人的轨迹信号，当系统存在通信时延、非线性和各种不确定性时，能够提升系统的位置追踪性能。

4、通过设计李雅普诺夫函数，保证了非线性多边遥操作系统中所有信号的有界性，从而保住了系统的稳定性。

5、通过设计协同力分配算法，实现了多个从机器人的控制力分配，从而提升了多个从机器人对作业任务的协同操作性能。

附图说明

图1是本发明提出的基于径向基神经网络的非线性遥操作系统的多边自适应滑模控制框图；