[发明专利]一种针对时延遥操作机器人系统的控制方法及装置

权利要求书

1.一种针对时延遥操作机器人系统的控制方法，其特征在于，应用于时延遥操作机器人系统，所述方法包括：

步骤一：从机器人与环境接触时，获取环境力；

步骤二：获取从机械手接合处的输出控制力；

步骤三：获取主机械手接合处的输出控制力；

步骤四：根据环境力、从机械手接合处的输出控制力以及主机械手接合处的输出控制力建立时延遥操作机器人系统模型；

步骤五：建立时延遥操作机器人系统模型的等效闭环动力学系统模型；

步骤六：利用等效闭环动力学系统模型对时延遥操作机器人系统进行鲁棒控制；

所述步骤一包括：利用公式

获取环境力，其中，f_e为环境力，k_e表示环境的刚度，b_e表示阻尼系数，表示从机械手的位置的一阶导数，w_e表示预设的未知建模误差；

所述步骤二包括：利用公式

获取从机械手接合处的输出控制力，其中，t为时间变量，d(t)表示力控制器的通信延迟；k_p表示位置控制器的比例增益，k_d表示位置控制器的导数增益；k_f为力控制器的比例增益，b_f为力控制器的阻尼增益；x_s表示从机械手的位置，表示从机械手的位置的一阶导数，x_m表示主机械手的位置，表示主机械手的位置的一阶导数，f_e表示环境力；

f_d()是期望力分布且

所述步骤三包括：利用公式

θ_m＝-k_mf_e(t-d(t)) (4)

获取主机械手接合处的输出控制力，其中，θ_m表示主机械手接合处的输出控制力，k_m表示反馈增益；

所述步骤四包括：利用公式

建立时延遥操作机器人系统模型，其中，m_m表示主机械手的等效质量，b_m表示主机械手接合处的粘性摩擦力，f_h表示人的操作力，m_s表示从机械手的等效质量，b_s表示从机械手接合处的粘性摩擦力，表示主机械手的位置的二阶导数，表示从机械手的位置的二阶导数；

所述步骤五包括：利用公式

建立时延遥操作机器人系统模型的等效闭环动力学系统模型，其中，

x为操作手的位置矩阵，为操作手的位置的一阶导数矩阵，A_i(t)为第一系数矩阵、D_i(t)为第二系数矩阵，w_i(t)为建模误差矩阵，i(t)为索引，[]^T为矩阵的转置；

当i(t)＝1，

当i(t)＝2，

2.一种针对时延遥操作机器人系统的控制装置，其特征在于，应用于时延遥操作机器人系统，所述装置包括：

第一获取模块，用于从机器人与环境接触时，获取环境力；

第二获取模块，用于获取从机械手接合处的输出控制力；

第三获取模块，用于获取主机械手接合处的输出控制力；

模型建立模块，用于根据环境力、从机械手接合处的输出控制力以及主机械手接合处的输出控制力建立时延遥操作机器人系统模型；

等效模型建立模块，用于建立时延遥操作机器人系统模型的等效闭环动力学系统模型；

控制模块，用于利用等效闭环动力学系统模型对时延遥操作机器人系统进行鲁棒控制；

所述第一获取模块还用于：利用公式

获取环境力，其中，f_e为环境力，k_e表示环境的刚度，b_e表示阻尼系数，表示从机械手的位置的一阶导数，w_e表示预设的未知建模误差；

所述第二获取模块还用于：利用公式

获取从机械手接合处的输出控制力，其中，t为时间变量，d(t)表示力控制器的通信延迟；k_p表示位置控制器的比例增益，k_d表示位置控制器的导数增益；k_f为力控制器的比例增益，b_f为力控制器的阻尼增益；x_s表示从机械手的位置，表示从机械手的位置的一阶导数，x_m表示主机械手的位置，表示主机械手的位置的一阶导数，f_e表示环境力；

f_d()是期望力分布且

所述第三获取模块还用于：利用公式

θ_m＝-k_mf_e(t-d(t)) (4)

获取主机械手接合处的输出控制力，其中，θ_m表示主机械手接合处的输出控制力，k_m表示反馈增益；

所述模型建立模块，还用于：利用公式

建立时延遥操作机器人系统模型，其中，m_m表示主机械手的等效质量，b_m表示主机械手接合处的粘性摩擦力，f_h表示人的操作力，m_s表示从机械手的等效质量，b_s表示从机械手接合处的粘性摩擦力，表示主机械手的位置的二阶导数，表示从机械手的位置的二阶导数；

所述等效模型建立模块，还用于：利用公式

建立时延遥操作机器人系统模型的等效闭环动力学系统模型，其中，

x为操作手的位置矩阵，为操作手的位置的一阶导数矩阵，

A_i(t)为第一系数矩阵、D_i(t)为第二系数矩阵，w_i(t)为建模误差矩阵，i(t)为索引，[]^T为矩阵的转置；

当i(t)＝1，

当i(t)＝2，