[发明专利]一种应用于变时延条件下的六足机器人遥操作控制方法

说明书

本发明属于足式机器人遥操作技术领域。本发明公开了一种应用于变时延条件下的六足机器人遥操作控制方法。传统的波变量控制方法中波阻抗参数是以时延大小进行选择的固定参数，对于时变时延来说，波变换方法存在两个弊端，一方面会降低系统的透明性，另一方面无法保证任意时延变化下系统的稳定，本发明提出一种波阻抗更新规则，对波阻抗实时调整，同时通过对通信环节和环境端的有源性进行分析，寻求系统有源性的原因，基于无源性观测器对波变换补偿后溢出的有源性能量与环境端的有源性能量进行统一监测，再设计无源性控制器对这部分能量进行精确耗散，使系统时刻呈现出无源性。本发明能够有效解决波变换应用于变时延条件下的弊端以及六足机器人在复杂工况下有源性能量溢出问题，在保证系统稳定性的同时提高了系统的透明性。

技术领域

本发明属于足式机器人遥操作技术领域，具体涉及一种针对变时延条件下操作者遥操作六足机器人完成高效平稳行走的时延补偿控制方法。

背景技术

足式步行机器人在面对复杂地形时具有比轮式或履带式移动机器人更强的适应能力和通过能力，这主要因为足式机器人在行进过程中可以从容地选择落足点，同时多维度位姿调节能够保证机体的稳定。由于这些优势条件的存在，使得六足机器人在灾难救援、海空探索、勘探等领域得到了广泛的运用。但需要认清的是，足式机器人虽然可以取代人类出现在危险的工作环境中，但由于工作现场的复杂程度不可预期，若单纯依靠机器人自身的智能控制算法还难以保证机器人自主适应复杂多变工况下的任务需求，崎岖地形下机体的波动可能造成机器人稳定裕度的不足。遥操作技术可以将人的感知、决策能力融入整个控制系统中，保证人类安全的同时满足六足机器人面对复杂工况下的控制需求，使其能够更好的完成不同的任务。

然而交互式远程遥操作机器人中的通信时延问题是不可避免的，研究表明，即使是很小的时延，也有可能会导致遥操作机器人系统的操作性能降低，影响系统的透明性，甚至引起整个系统的不稳定。波变换法是保证通信环节无源性的有效方法之一，其弊端是波阻抗参数是以时延大小进行选择的固定参数，对于时变时延来说会大大降低系统的跟踪性，且无法保证通信环节的无源性。此外，通过对现有的遥操作控制系统研究发现，遥操作控制研究中大多假设环境端是无源的，但在许多应用中不满足这个假设，如六足机器人面对复杂情况下足底滑移可能会使环境端呈现出有源性。因此，本发明基于所提出的波阻抗更新规则，对波阻抗进行实时调整，提高系统的跟踪性，同时结合时域无源性方法建立通信环节和环境端有源性能量的统一形式，对有源性能量进行耗散，保证系统的稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于变时延条件下的六足机器人遥操作控制方法，针对波变换控制算法处理变时延时跟踪性降低以及稳定性不足问题，提出波阻抗在线调整规则，并结合时域无源性方法对通信环节和环境端有源性能量进行耗散，进而实现六足机器人运行的稳定性及良好的透明性。

为了解决上述问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种应用于变时延条件下的六足机器人遥操作控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1：对主端机器人进行动力学建模，同时对从端机器人进行运动学建模；

步骤2：设计时延预估器，对时变时延进行估计；设计波阻抗在线调整规则，实时调整波阻抗；

步骤3：实时采集主从端的速度信息和力信息，通过累加的方式实时计算通信环节和环境端各端口流入、流出的能量；

步骤4：分析通信环节和环境端的无源性，进而建立通信环节和环境端有源性能量补偿的统一模式；

步骤5：设计主从端无源性观测器，对所需的能量信息进行监测；

步骤6：设计主从端无源性控制器，由PO1和PO2分别控制PC1和PC2的工作状态，以实现对主从子系统有源性能量的精确耗散；

步骤7：设计遥操作系统的控制算法，并基于Llewellyn准则分析系统的稳定性。

本发明的有益效果：