[发明专利]一种基于环境阻抗模型的时延遥操作机器人自适应控制方法

摘要

本发明公开了一种基于环境阻抗模型的时延遥操作机器人自适应控制方法，包括主端机器人、主端环境几何模型、环境阻抗模型、时延通讯环节、从端环境几何模型、位置修正计算环节、从端机器人、真实环境。环境阻抗模型输出参考力信号，与从端机器人和真实环境接触产生的力信号同时输入位置修正计算环节进行比较运算，输出可调增益，根据可调增益调节从端环境几何模型，得到实际位置指令控制从端机器人运动，不断修正从端机器人位置信息使其逼近虚拟环境位置信息，形成主端引导从端，并能克服时延影响的自适应控制的遥操作，从而使得系统能够稳定运行。

主权项

1.一种基于环境阻抗模型的时延遥操作机器人自适应控制方法，包括主端机器人(2)、主端环境几何模型(3)、环境阻抗模型(4)、时延通讯环节(5)、从端环境几何模型(6)、位置修正计算环节(7)、从端机器人(8)、真实环境(9)，环境阻抗模型(4)与真实环境(9)一致，主端环境几何模型(3)与从端环境几何模型(6)存在位置偏差，设t为控制系统的时间变量，T为通讯时延环节的时延量，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，通过主端机器人(2)发出主端位置信号xm(t)，主端位置信号xm(t)分别输入主端环境几何模型(3)、环境阻抗模型(4)和时延通讯环节(5)，环境阻抗模型(4)产生阻抗模型输出力信号fm(t)，环境阻抗模型(4)为：其中，f_m(t)表示阻抗模型输出力信号，t为控制系统的时间变量，k为环境模型的弹性系数，x_m(t)表示主端位置信号，n为环境模型的表面几何系数，b为环境模型的模型系数，表示x_m(t)的导数；阻抗模型输出力信号fm(t)经过时延通讯环节(5)时延1T后形成延迟1T的阻抗模型输出力信号fm(t‑T)进入位置修正计算环节(7)；步骤2，主端位置信号xm(t)经过时延通讯环节(5)时延1T后形成从边位置信号xm(t‑T)，从边位置信号xm(t‑T)进入从端环境几何模型(6)形成从端控制位置信号xc(t‑T)，从端环境几何模型(6)为：xc(t)＝Re(t+T)·xm(t)；其中，xc(t)表示从端控制位置信号，Re(t+T)表示可调增益；从端控制位置信号xc(t‑T)输入从端机器人(8)，使从端机器人(8)运动并产生环境位置信号xe(t‑T)，作用于真实环境(9)，产生真实环境输出力信号fe(t‑T)，真实环境为：fe(t)表示真实环境输出力信号，xe(t)表示环境位置信号；真实环境输出力信号fe(t‑T)进入位置修正计算环节(7)，位置修正计算环节(7)依据经过时延通讯环节(5)后的阻抗模型输出力信号fm(t‑T)及真实环境输出力信号fe(t‑T)输出可调增益Re(t‑T)，可调增益Re(t‑T)输入从端环境几何模型(6)，从端环境几何模型(6)依据可调增益Re(t‑T)修正从端环境几何模型(6)，将修正后的从端环境几何模型(6)用于下一周期的控制；步骤3，通过主端机器人(2)发出新主端位置信号xm(t‑2T)，新主端位置信号xm(t‑2T)分别输入主端环境几何模型(3)、环境阻抗模型(4)和时延通讯环节(5)，环境阻抗模型(4)产生新阻抗模型输出力信号fm(t‑2T)；步骤4，新主端位置信号xm(t‑2T)经过时延通讯环节(5)时延1T后形成新从边位置信号xm(t‑3T)，新环境阻抗模型输出力信号fm(t‑2T)经过时延通讯环节(5)形成时延1T后的新环境阻抗模型输出力信号fm(t‑3T)进入位置修正计算环节(7)，新从边位置信号xm(t‑3T)进入修正后的从端环境几何模型(6)形成新从端控制位置信号xc(t‑3T)，新从端控制位置信号xc(t‑3T)输入从端机器人(8)，使从端机器人(8)运动并产生新环境位置信号xe(t‑3T)，作用于真实环境(9)，产生新真实环境输出力信号fe(t‑3T)，新真实环境输出力信号fe(t‑3T)进入位置修正计算环节(7)，位置修正计算环节(7)依据经过时延通讯环节(5)后的时延1T后的新环境阻抗模型输出力信号fm(t‑3T)及新真实环境输出力信号fe(t‑3T)输出新可调增益Re(t‑3T)，新可调增益Re(t‑3T)输入修正后的从端环境几何模型(6)，修正后的从端环境几何模型(6)依据新可调增益Re(t‑3T)修正新从端环境几何模型(6)，将修正后的新从端环境几何模型(6)用于下一周期的控制；可调增益Re(t)的产生方法为：真实环境输出力信号f_e(t)，环境阻抗模型输出力信号f_m(t)，位置修正计算环节(7)的控制率为β表示增益率，e(t)表示广义误差，具体步骤如下：第一步，设定增益率β；第二步，根据输入到位置修正计算环节(7)的真实环境输出力信号fe(t)和环境阻抗模型输出力信号fm(t)，得到广义误差e(t)；e(t)＝fe(t)‑fm(t)；第三步，利用控制率公式，计算出Re(t)；步骤5返回步骤1；重复以上步骤，实现从端环境几何模型(6)逐步逼近主端环境几何模型(3)，并实现自适应控制。