[发明专利]一种遥操作机器人实时性控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种遥操作机器人实时性控制系统，其特征在于，包括上位机、实时目标机和遥操作机器人；

所述上位机设有图形化上位机界面和人机控制接口，上位机用于将Matlab/Simulink模型编译后分离为运行于上位机的Matlab/Simulink模型一和运行于实时目标机的Matlab/Simulink模型二；图形化上位机界面用于输入控制命令；Matlab/Simulink模型一用于根据实时目标机的反馈结果实时调整PID控制算法参数；

所述实时目标机用于运行Matlab/Simulink模型二，将上位机的控制命令转换为遥操作机器人的动作指令；以及运算PID控制算法实时调整遥操作机器人的动作指令；

所述遥操作机器人用于根据遥操作机器人的动作指令执行相关动作，并将执行结果反馈至实时目标机。

2.根据权利要求1所述的一种遥操作机器人实时性控制系统，其特征在于，所述实时目标机包括实时计算CPU和IO板卡；

所述IO板卡用于实时目标机与上位机和遥操作机器人之间的数据传输；

所述实时计算CPU用于根据上位机的控制命令，通过运行Matlab/Simulink模型二得出遥操作机器人的动作指令；以及运算PID控制算法实时调整遥操作机器人的动作指令。

3.根据权利要求2所述的一种遥操作机器人实时性控制系统，其特征在于，所述IO板卡与上位机通过Ethernet，采用用户数据报协议进行数据传输；

所述IO板卡与遥操作机器人通过Ethernet，采用SimuLink Real-Time和用户数据报协议，以太网帧的形式进行数据传输。

4.根据权利要求2所述的一种遥操作机器人实时性控制系统，其特征在于，所述实时计算CPU具体用于，

根据控制命令利用Matlab/Simulink模型二计算主/从操纵器各关节电机的输出力矩；

将主/从操纵器各关节电机的输出力矩转换成主/从操纵器各关节电机的预设电压值；

将各关节电机的预设电压值作为遥操作机器人的动作指令传递至IO板卡，通过IO板卡传输至遥操作机器人。

5.根据权利要求4所述的一种遥操作机器人实时性控制系统，其特征在于，所述实时计算CPU具体用于，

根据遥操作机器人反馈的执行结果，采用PID控制算法调节各关节电机的电压值作为遥操作机器人的动作指令传递至IO板卡实时调整遥操作机器人：

其中，u_pd为关节电机的电压值，K_p、K_d分别为比例项系数和积分项系数；e为偏差，表示关节电机的当前电压值与预设电压值之差，为偏差的变化率。

6.根据权利要求1所述的一种遥操作机器人实时性控制系统，其特征在于，所述遥操作机器人包括控制器和主/从操纵器；

所述主/从操纵器包括一个或多个具有多自由度的机械臂，机械臂的每个关节配备关节电机、关节减速器、编码器、电位器和速度/加速度传感器；所述控制器与关节电机、关节减速器、编码器、电位器和速度/加速度传感器相连接；

所述控制器用于接收遥操作机器人的动作指令经数模转换后解析出各关节电机的输出力矩和加速度，根据各关节电机的输出力矩和加速度控制主/从操纵器各关节旋转角度；以及，用于收集主/从操纵器各关节电机的当前电流值、当前电压值、当前输出力矩和当前转速以及各关节的当前旋转角度作为执行结果传输给实时目标机。