[发明专利]一种遥操作机器人实时性控制系统及控制方法

说明书

本发明涉及机器人应用技术领域，具体涉及一种遥操作机器人实时性控制系统，包括上位机、实时目标机和遥操作机器人；本发明还提供一种遥操作机器人实时性控制方法；本发明在Simulink Real‑Time UDP通信架构的同步模式中，运行遥操作机器人的PID控制算法，使遥操作机器人具有良好的实时性能，同时提高了控制的稳定性和高精度。

技术领域

本发明涉及机器人应用技术领域，特别是涉及一种遥操作机器人实时性控制系统及控制方法。

背景技术

遥操作机器人(Teleoperation Robot)是由人操纵在极端环境(距离遥远、对人有害或操作不便)下完成复杂作业的机器人系统，包括：操作者、主端机器人子系统、通讯环节、从端机器人子系统和工作环境。操作者通过操纵主机器人进行相应的动作，通过通信线路将控制指令传输到远距离人难以接近或有危害的环境中，控制从机器人作用于环境完成相应的任务。从端和环境的相关信息则经由上述环节反馈到操作者，使操作者身临其境，从而有效完成操作任务。

遥操作系统将人的感知能力和智慧、经验参与到机器人控制中，克服了完全自主式机器人在传感、智能方面的限制，从而使得从机器人在特殊环境或远距离环境中更加有效地执行任务，如空间探索、海洋开发、核能利用、遥微操作、远程医疗以及易高温、高压、缺氧环境下的作业等。

大多机器人系统需要高频硬实时，周期性计算对底层关节位置、速度和扭矩实时控制，急需一个带有简易编程接口的实时环境支持计算机科学家算法。基于ROS(RobotOperation System，机器人操作系统)的高层Simulink集成已有研究，但并非实时。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种遥操作机器人实时性控制系统及控制方法，在Simulink Real-Time UDP通信架构的同步模式中，运行遥操作机器人的PID控制算法，使遥操作机器人具有良好的实时性能，同时提高了控制的稳定性和高精度。

为解决现有技术的不足，本发明提供的技术方案为：

本发明提供一种遥操作机器人实时性控制系统，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。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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；