[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

说明书

本发明公开了一种针对时延遥操作机器人系统的控制方法及装置，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；获取从机械手接合处的输出控制力；获取主机械手接合处的输出控制力；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；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；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；本发明的优点在于：设计的等效闭环动力学系统模型具有闭环指数稳定性和跟踪鲁棒性。

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，更具体涉及一种针对时延遥操作机器人系统的控制方法及装置。

背景技术

基于双机械手的双边遥操作机器人系统可为人类做一些危险而复杂的工作(如远程手术、远程控制等)。遥操作机器人的目标是远程操作环境并实现触觉反馈。近年来，人们对遥操作机器人系统的稳定性准则和控制设计条件进行了大量的研究。

为了保证遥操作机器人系统的稳定性，文献Niemeyer G,Slotine J J E.Stableadaptive teleoperation[J].IEEE Journal of oceanic engineering,1991,16(1):152-162.提出了波动变量的概念。在波动变量的研究中，位置漂移是一个不容忽视的问题，尤其是在接触任务中。在文献Tanner N A,Niemeyer G.Online tuning of wave impedance intelerobotics[C]//IEEE Conference on Robotics,Automation and Mechatronics,2004.IEEE,2004,1:7-12.以及文献D’Amore N,Akin D L.Transparency and tuning ofwave-based bilateral teleoperation systems[J].IEEE Robotics and AutomationLetters,2016,2(1):321-328.中，通过波阻抗的在线调谐，对接触任务和自由运动之间的性能进行权衡。然而，当位置控制器仅应用于遥操作机器人系统时，在接触任务中可能存在一些位置跟踪误差。

为了减小误差，一些研究者提出了遥操作机器人系统的位置力切换控制策略。文献Hsieh H J,Hu C C,Lu T W,et al.Evaluation of three force-position hybridcontrol methods for a robot-based biological joint-testing system[J].Biomedical engineering online,2016,15(1):62.报道了基于机器人的生物关节测试系统的三种力-位置混合控制方法。为了提高力和位置的跟踪性能，文献NagatsuY,KatsuraS.Decoupling andperformance enhancement ofhybrid control for motion-copyingsystem[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2016,64(1):420-431.提出了一种有效的方法，即引入模态空间扰动观测器和混合控制器。然而，对混合系统稳定性的分析很少受到关注。

在现实世界中，由于通信信道的时滞，具有力反射的遥操作机器人系统的稳定性和其它性能可能会显著下降。综上所述，现有时延遥操作机器人系统的控制方法及装置存在跟踪鲁棒性较差以及系统稳性较差的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何提供一种针对时延遥操作机器人系统的控制方法及装置，以使控制过程具备闭环指数稳定性以及跟踪鲁棒性。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种针对时延遥操作机器人系统的控制方法，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；