基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人無源控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及遙操作機(jī)器人控制【技術(shù)領(lǐng)域】，是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人無源控制方法，包括操作端、主端模型、濾波器、主端控制器、互聯(lián)網(wǎng)、從端控制器、從端模型和從端現(xiàn)場設(shè)備，其步驟如下：步驟1，建立主端模型、從端模型、主端控制器和從端控制器；步驟2，將操作端、主端模型、濾波器和主端控制器依次相連，將從端控制器、從端模型和從端現(xiàn)場設(shè)備依次相連。在本發(fā)明中，根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)歷史數(shù)據(jù)設(shè)定濾波器參數(shù)，之后根據(jù)濾波器參數(shù)設(shè)定主端控制器及從端控制器參數(shù)初始值，最后 根據(jù)從端和 主端的信號(hào)跟蹤狀況調(diào)整主端控制器及從端控制器 參數(shù)，有效提高現(xiàn)有基于互聯(lián)網(wǎng)通訊的遙操作機(jī)器人系統(tǒng)的穩(wěn)定性和透明性，具有穩(wěn)定、可靠、透明的特點(diǎn)。
【專利說明】基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人無源控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及遙操作機(jī)器人控制【技術(shù)領(lǐng)域】，是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人無源 控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 遙操作機(jī)器人系統(tǒng)由操作者、主機(jī)器人、通信環(huán)節(jié)、從機(jī)器人和工作環(huán)境組成。是 指操作者對(duì)本地主機(jī)器人進(jìn)行操作，并將運(yùn)動(dòng)指令通過通信媒介傳送給遠(yuǎn)地從機(jī)器人，從 機(jī)器人接收到命令跟蹤主機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，完成遠(yuǎn)程復(fù)雜或危險(xiǎn)環(huán)境下的任務(wù)，同時(shí)將自己 的工作狀態(tài)返回給操作者。但是由于遙操作機(jī)器人系統(tǒng)是通過互聯(lián)網(wǎng)Internet作為傳輸 媒介，Internet本身存在可變時(shí)延，數(shù)據(jù)丟包等現(xiàn)象，而且Internet的時(shí)延上限隨著系統(tǒng) 主從端的距離增大而變大，數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象也變得嚴(yán)重，這就提高了系統(tǒng)主端對(duì)從端控制上 的難度，系統(tǒng)的透明性也會(huì)下降。目前，國內(nèi)國外的研究大多針對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)系統(tǒng)透 明性的研究較少，而且針對(duì)大時(shí)延的研究也很少。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供了一種基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人無源控制方法，克服了上述現(xiàn)有技 術(shù)之不足，其能有效解決現(xiàn)有遙操作機(jī)器人系統(tǒng)基于互聯(lián)網(wǎng)通訊下的穩(wěn)定性較差、透明性 不足的問題。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的：一種基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人無 源控制方法，包括操作端、主端模型、濾波器、主端控制器、互聯(lián)網(wǎng)、從端控制器、從端模型和 從端現(xiàn)場設(shè)備，其步驟如下：步驟1，建立主端模型、從端模型、主端控制器和從端控制器； 步驟2,將操作端、主端模型、濾波器和主端控制器依次相連，將從端控制器、從端模型和從 端現(xiàn)場設(shè)備依次相連，主端控制器和從端控制器通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通訊；步驟3,根據(jù)互聯(lián)網(wǎng) 的網(wǎng)絡(luò)歷史數(shù)據(jù)設(shè)定濾波器的參數(shù)，之后根據(jù)濾波器的參數(shù)設(shè)定主端控制器參數(shù)和從端控 制器參數(shù)的初始值；步驟4,通過操作端向主端模型發(fā)出控制信號(hào)；步驟5,主端模型對(duì)收到 的控制信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理并發(fā)送至濾波器；步驟6,濾波器對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行濾波處理并 發(fā)送給主端控制器；步驟7,主端控制器對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理并發(fā)送至互聯(lián)網(wǎng)；步驟 8,從端控制器連接互聯(lián)網(wǎng)并接收信號(hào)，對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理并發(fā)送至從端模型；步 驟9,從端模型對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理并發(fā)送至從端現(xiàn)場設(shè)備；步驟10,根據(jù)從端和主 端的信號(hào)跟蹤狀況調(diào)整主端控制器參數(shù)和從端控制器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)從端現(xiàn)場設(shè)備的遙操作 控制。
[0005] 下面是對(duì)上述發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn)： 建立上述主端模型的方法是： 設(shè)巧為操作者力信號(hào)，為主端速度阻尼系數(shù)，％為主端速度信號(hào)，Maa為主端慣性 系數(shù)，t為主端加速度信號(hào)，為從端電機(jī)反饋力信號(hào)， 則主端模型為八=+i!44 +?* , 其中設(shè)定：主端速度阻尼系數(shù)Al =0. 05,主端慣性系數(shù)A4 =0. 06 ; 建立上述從端模型的方法是： 首先，建立環(huán)境動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)巧為環(huán)境力信號(hào)，為環(huán)境慣性系數(shù)，A為從端加速 度信號(hào)，4為環(huán)境速度阻尼信號(hào)系數(shù),A為從端速度信號(hào)，A為環(huán)境剛性增益， 則環(huán)境動(dòng)力學(xué)模型為6 = Aiji +5八+ZiJ0iV5ST, 其中設(shè)定：環(huán)境慣性系數(shù)^ =〇,環(huán)境速度阻尼信號(hào)系數(shù)4 =10. 05,環(huán)境剛性增益& =〇 ； 其次，建立從端模型，設(shè)?·?為從端電機(jī)力信號(hào)，巧為環(huán)境力信號(hào)，為從端慣性系 數(shù)，A為從端加速度信號(hào)，為從端速度阻尼信號(hào)系數(shù)，V5為從端速度信號(hào)， 則從端t旲型為= Λ?+ Μ? + ， 其中設(shè)定：從端慣性系數(shù)=0.06,從端速度阻尼信號(hào)系數(shù)式！ =0.05。
[0006] 上述濾波器為基于電感元件的濾波器，濾波器的參數(shù)為濾波器感抗值，設(shè)定 濾波器感抗值A(chǔ)if的方法是： 首先，利用網(wǎng)絡(luò)時(shí)延測(cè)量軟件檢測(cè)互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)延均值和時(shí)延方差，則互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)時(shí) 延閾值為網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延均值加網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延標(biāo)準(zhǔn)差，丟包率閾值為實(shí)際測(cè)量的丟包率； 其次，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)歷史數(shù)據(jù)修改濾波器感抗值A(chǔ)if :當(dāng)網(wǎng)絡(luò)平均時(shí)延大于網(wǎng)絡(luò)時(shí)延閾值， 網(wǎng)絡(luò)實(shí)際丟包率大于丟包率閾值時(shí)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)平均時(shí)延每增大〇. 3秒或丟包率每增大2%，濾 波器感抗值增大0.5 ;當(dāng)網(wǎng)絡(luò)平均時(shí)延小于網(wǎng)絡(luò)時(shí)延閾值，丟包率小于丟包率閾值時(shí)， 減小濾波器感抗值Si/ ;當(dāng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延閾值為1秒時(shí)，濾波器感抗值A(chǔ)i/ =1. 5亨； 之后，根據(jù)從端反饋信號(hào)調(diào)整濾波器感抗值:如果信號(hào)斷續(xù)嚴(yán)重則相應(yīng)增大濾波 器感抗值-￥/，反之則相應(yīng)減小濾波器感抗值。
[0007] 建立上述主端控制器的方法是： 設(shè)、為主端控制器力信號(hào)，I為主端控制器剛性增益系數(shù)，&為主端速度信號(hào)，& 為從端電機(jī)反饋速度信號(hào)，為主端控制器速度阻尼系數(shù)，為主端電機(jī)速度信號(hào)， 貝IJ主端控制器為(和心; 建立上述從端控制器的方法是： 設(shè)4為從端控制器力信號(hào)，夂為從端控制器剛性增益系數(shù)，A為從端速度信號(hào)，ν5?為 從端電機(jī)速度信號(hào)，為從端控制器速度阻尼信號(hào)， 則從端控制器為 U 3 (I)二；f (Vy - V5 )rf-r+J52(Vrf - V5)。
[0008] 上述的主端控制器參數(shù)和從端控制器參數(shù)的初始值為：主端控制器速度阻尼A2 =0.01，主端控制器剛性增益Zsa =0.01，從端控制器速度阻尼=〇. 1，從端控制器剛性增 Si =0·01。
[0009] 調(diào)整上述的主端控制器參數(shù)和從端控制器參數(shù)的方法是：根據(jù)主從端速度信號(hào)跟 蹤圖調(diào)整主端控制器參數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)沒有時(shí)延時(shí)，主端控制器速度阻尼4*2 =〇. 01，主端控制 器剛性增益化=0.01;當(dāng)跟蹤差較大時(shí)，增大主端控制器速度阻尼4*2,系統(tǒng)振蕩嚴(yán)重時(shí)， 增大主端控制器剛性增益Aw;根據(jù)主從端力信號(hào)跟蹤圖調(diào)整從端控制器參數(shù)，調(diào)整方法如 主端控制器。
[0010] 在本發(fā)明中，根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)歷史數(shù)據(jù)設(shè)定濾波器參數(shù)，之后根據(jù)濾波器參數(shù) 設(shè)定主端控制器及從端控制器參數(shù)初始值，最后根據(jù)從端和主端的信號(hào)跟蹤狀況調(diào)整主端 控制器及從端控制器參數(shù)，有效提高現(xiàn)有基于互聯(lián)網(wǎng)通訊的遙操作機(jī)器人系統(tǒng)的穩(wěn)定性和 透明性，具有穩(wěn)定、可靠、透明的特點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 附圖1為本發(fā)明的遙操作機(jī)器人控制模型圖。
[0012] 附圖2為本發(fā)明的無源控制方法流程圖。
[0013] 附圖中的編碼分別為：1為操作端，2為主端模型，3為濾波器，4為主端控制器，5 為互聯(lián)網(wǎng)，6為從端控制器，7為從端模型，8為從端現(xiàn)場設(shè)備。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 本發(fā)明不受下述實(shí)施例的限制，可根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案與實(shí)際情況來確定具體 的實(shí)施方式。
[0015] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述： 如附圖1、2所示，該基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人無源控制方法，包括操作端1、主端模 型2、濾波器3、主端控制器4、互聯(lián)網(wǎng)5、從端控制器6、從端模型7和從端現(xiàn)場設(shè)備8,其步 驟如下：步驟1，建立主端模型2、從端模型7、主端控制器4和從端控制器6 ;步驟2,將操作 端1、主端模型2、濾波器3和主端控制器4依次相連，從端控制器6、從端模型7和從端現(xiàn)場 設(shè)備8依次相連，主端控制器4和從端控制器6通過互聯(lián)網(wǎng)5進(jìn)行通訊；步驟3,根據(jù)互聯(lián) 網(wǎng)5的網(wǎng)絡(luò)歷史數(shù)據(jù)設(shè)定濾波器3的參數(shù)，之后根據(jù)濾波器3的參數(shù)設(shè)定主端控制器4參 數(shù)和從端控制器6參數(shù)的初始值；步驟4,通過操作端1向主端模型2發(fā)出控制信號(hào)；步驟 5,主端模型2對(duì)收到的控制信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理并發(fā)送至濾波器3 ;步驟6,濾波器3對(duì)收到 的信號(hào)進(jìn)行濾波處理并發(fā)送給主端控制器4 ;步驟7,主端控制器4對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算 處理并發(fā)送至互聯(lián)網(wǎng)5 ;步驟8,從端控制器6連接互聯(lián)網(wǎng)5并接收信號(hào)，對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行 運(yùn)算處理并發(fā)送至從端模型7 ;步驟9,從端模型7對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理并發(fā)送至從 端現(xiàn)場設(shè)備8 ;步驟10,根據(jù)從端和主端的信號(hào)跟蹤狀況調(diào)整主端控制器4參數(shù)和從端控制 器6參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)從端現(xiàn)場設(shè)備8的遙操作控制。在本發(fā)明中，操作端1包括操作桿、操作 人機(jī)界面等，主端模型2包括主機(jī)器人和主邊環(huán)境，從端模型7包括從機(jī)器人和從邊環(huán)境， 由操作者根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)5的網(wǎng)絡(luò)歷史數(shù)據(jù)設(shè)定濾波器3的參數(shù)，之后根據(jù)濾波器3的參數(shù)設(shè) 定主端控制器4參數(shù)和從端控制器6參數(shù)的初始值，最后由操作者根據(jù)從端和主端的信號(hào) 跟蹤狀況，調(diào)整主端控制器4參數(shù)和從端控制器6參數(shù)，從而有效提高現(xiàn)有基于互聯(lián)網(wǎng)通訊 的遙操作機(jī)器人系統(tǒng)的穩(wěn)定性和透明性。
[0016] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述： 如附圖1、2所示，建立上述主端模型2的方法是： 設(shè)巧為操作者力信號(hào)，主端速度阻尼系數(shù)，4為主端速度信號(hào)，Ms2為主端慣性 系數(shù)，4為主端加速度信號(hào)，為從端電機(jī)反饋力信號(hào)， 則主端|旲型2為= AiVm +iK +& , 其中設(shè)定：主端速度阻尼系數(shù)=0.05,主端慣性系數(shù)=0.06。
[0017] 主端慣性系數(shù)Mse是根據(jù)實(shí)驗(yàn)所用的設(shè)備的本身參數(shù)來設(shè)定的，主端慣性系數(shù) M?的取值范圍一般為：〇. 01-0. 1。操作端1的輸出端子與主端模型2的數(shù)據(jù)接口通過導(dǎo) 線連接在一起或者通過無線局域網(wǎng)連接在一起。當(dāng)主端模型2為一維的參數(shù)時(shí)，主端電機(jī) 為直流伺服電機(jī)，操作端1可以為固定在主端電機(jī)軸上的圓盤，圓盤的邊緣安裝一個(gè)向外 突出的轉(zhuǎn)動(dòng)靈活的搖把，操作者只需抓住搖把控制主端電機(jī)順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，就能夠 輸出一維的力信號(hào)，滿足實(shí)驗(yàn)需求。
[0018] 建立上述從端模型7的方法是： 首先，建立環(huán)境動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)A為環(huán)境力信號(hào)，抓,為環(huán)境慣性系數(shù)，?為從端加速 度信號(hào)，4為環(huán)境速度阻尼信號(hào)系數(shù),V,為從端速度信號(hào)，&為環(huán)境剛性增益， 則環(huán)境動(dòng)力學(xué)模型為= +ZeJoiVyr , 其中設(shè)定：環(huán)境慣性系數(shù)=〇,環(huán)境速度阻尼信號(hào)系數(shù)4 =10. 05,環(huán)境剛性增益& =〇 ； 其次，建立從端模型7,設(shè)it為從端電機(jī)力信號(hào)，巧為環(huán)境力信號(hào)，Af5為從端慣性系 數(shù)，A為從端加速度信號(hào)，式i為從端速度阻尼信號(hào)系數(shù)，A為從端速度信號(hào)， 則從端模型7為& =忍+ Mjs + ΑΛ , 其中設(shè)定：從端慣性系數(shù)=0.06,從端速度阻尼信號(hào)系數(shù)見：=0.05。
[0019] 從端速度阻尼信號(hào)系數(shù)A1是根據(jù)實(shí)驗(yàn)所用的設(shè)備的本身參數(shù)來設(shè)定的，從端速 度阻尼信號(hào)系數(shù)式i的取值范圍一般為：〇. 01-0.1。
[0020] 如附圖1、2所示，上述濾波器3為基于電感元件的濾波器，濾波器3的參數(shù)為濾波 器感抗值，設(shè)定濾波器感抗值&的方法是： 首先，利用網(wǎng)絡(luò)時(shí)延測(cè)量軟件檢測(cè)互聯(lián)網(wǎng)5的時(shí)延均值和時(shí)延方差，則互聯(lián)網(wǎng)5的網(wǎng)絡(luò) 時(shí)延閾值為網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延均值加網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延標(biāo)準(zhǔn)差，丟包率閾值為實(shí)際測(cè)量的丟包率。利用 網(wǎng)絡(luò)時(shí)延測(cè)量軟件，如ping tester軟件，可以測(cè)試實(shí)驗(yàn)兩地的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，一般網(wǎng)絡(luò)時(shí) 延分為3類：穩(wěn)定型時(shí)延，這種類型的特點(diǎn)是時(shí)延一般在50毫秒以下；相對(duì)穩(wěn)定型時(shí)延，范 圍一般是在50毫秒至200毫秒之間；大波動(dòng)型時(shí)延，一般超過200毫秒，這種時(shí)延相當(dāng)不穩(wěn) 定； 其次，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)歷史數(shù)據(jù)修改濾波器感抗值:當(dāng)網(wǎng)絡(luò)平均時(shí)延大于網(wǎng)絡(luò)時(shí)延閾值， 網(wǎng)絡(luò)實(shí)際丟包率大于丟包率閾值時(shí)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)平均時(shí)延每增大〇. 3秒或丟包率每增大2%，濾 波器感抗值i/增大0.5 ;當(dāng)網(wǎng)絡(luò)平均時(shí)延小于網(wǎng)絡(luò)時(shí)延閾值，丟包率小于丟包率閾值時(shí)， 減小濾波器感抗值;當(dāng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延閾值為1秒時(shí)，濾波器感抗值A(chǔ)f7 =1.5亨。對(duì)于時(shí)延的 模擬需要兩個(gè)參數(shù)：時(shí)延均值和時(shí)延方差，根據(jù)這兩個(gè)數(shù)據(jù)可以確定網(wǎng)絡(luò)的最大時(shí)延以及 平均時(shí)延。網(wǎng)絡(luò)時(shí)延閾值為最大時(shí)延，設(shè)置為1秒。不同時(shí)刻的時(shí)延情況也不盡相同，我們 只模擬一定時(shí)間段內(nèi)的時(shí)延，設(shè)f為網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延均值，f為網(wǎng)絡(luò)的平均時(shí)延，U為網(wǎng)絡(luò)的 最大時(shí)延，ex2為網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延方差，則σ為網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延標(biāo)準(zhǔn)差，+F=f + σ。丟包率 閾值的確定是根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)丟包率確定的，在模擬時(shí)只需確定丟包率參數(shù)即可。丟包率要 根據(jù)實(shí)際情況，最小為〇,最大為1〇〇%，一般情況下丟包率為0-5%。同樣，丟包率閾值取值即 為實(shí)際測(cè)量的丟包率。例如，將網(wǎng)絡(luò)時(shí)延閾值設(shè)定為1秒，丟包率閾值設(shè)定為5%，則根據(jù)網(wǎng) 絡(luò)歷史數(shù)據(jù)，可以設(shè)定濾波器感抗值=1. 94亨； 之后，根據(jù)從端反饋信號(hào)調(diào)整濾波器感抗值:如果信號(hào)斷續(xù)嚴(yán)重則相應(yīng)增大濾波 器感抗值M/，反之則相應(yīng)減小濾波器感抗值。
[0021] 如附圖1、2所示，建立上述主端控制器4的方法是： 設(shè)^為主端控制器力信號(hào)，心為主端控制器剛性增益系數(shù)，Vs為主端速度信號(hào)，V# 為從端電機(jī)反饋速度信號(hào)，4*2為主端控制器速度阻尼系數(shù)，為主端電機(jī)速度信號(hào)， 則主端控制器 4 為 Um(I) = I ￡ (Vm - νΛμτ+582 (Vs - Vaj2O ; 建立上述從端控制器6的方法是： 設(shè)％為從端控制器力信號(hào)，&為從端控制器剛性增益系數(shù)，V5為從端速度信號(hào)，Viii為 從端電機(jī)速度信號(hào)，式2為從端控制器速度阻尼信號(hào)， 則從端控制器6為U 5 (i) = A H (VM - Vi )打+式3 (? - V5 )。
[0022] 其中從端電機(jī)速度信號(hào)是指經(jīng)過通訊環(huán)節(jié)后傳到從端的速度信號(hào)。
[0023] 如附圖1、2所示，上述的主端控制器4參數(shù)和從端控制器6參數(shù)的初始值為：主 端控制器速度阻尼=0.01，主端控制器剛性增益仏=0.01，從端控制器速度阻尼巧 2 =0. I，從端控制器剛性增益A =0.01。
[0024] 為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和透明性要求，應(yīng)保證在系統(tǒng)無時(shí)延環(huán)境下從端電機(jī)反饋 力與操縱者力信號(hào)巧遲延小于〇· 1秒，從端電機(jī)反饋力與環(huán)境力A大致相同。從 控制器方程結(jié)構(gòu)來看，控制器可看做一比例積分控制結(jié)構(gòu)。先通過給系統(tǒng)提供階躍信號(hào)， 借用比例積分調(diào)整方法并考慮所采用的主從端模型的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。& =0.2 , 42 =0.2 Asl。設(shè)置好后根據(jù)響應(yīng)曲線調(diào)整各參數(shù)，比例增益即主端控制器速度阻尼A2增加， 可以減小被控量的穩(wěn)態(tài)偏差，如果控制量變化過大也會(huì)造成控制過程的反復(fù)震蕩；反之，t匕 例增益即主端控制器速度阻尼減小，振蕩減小但是穩(wěn)態(tài)偏差會(huì)增大。積分系數(shù)即主端 控制器剛性增益仏增大，系統(tǒng)被控量振蕩減小，動(dòng)態(tài)偏差增大；反之，則相反。從端控制器 參數(shù)設(shè)定如主端所述。
[0025] 根據(jù)主端控制器4的公式和從端控制器6的公式可以看出，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生時(shí)延時(shí)，主 端控制信號(hào)增強(qiáng)，從而提高了主端控制器的控制力度，減小了傳輸?shù)綇亩说牧π盘?hào)；從端控 制信號(hào)減小，從而從端的力信號(hào)增大，從而保證從端能較好地跟蹤主端力信號(hào)，反之亦然。
[0026] 如附圖1、2所示，調(diào)整上述的主端控制器4參數(shù)和從端控制器6參數(shù)的方法是： 根據(jù)主從端速度信號(hào)跟蹤圖調(diào)整主端控制器4參數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)沒有時(shí)延時(shí)，主端控制器 速度阻尼A2 =0.01，主端控制器剛性增益=0.01;當(dāng)跟蹤差較大時(shí)，增大主端控制器速 度阻尼,系統(tǒng)振蕩嚴(yán)重時(shí)，增大主端控制器剛性增益仏；根據(jù)主從端力信號(hào)跟蹤圖調(diào) 整從端控制器6參數(shù)，調(diào)整方法如主端控制器4。通常由主從端跟蹤狀況根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷來調(diào) 整控制器參數(shù)，主從端信號(hào)跟蹤一般相差0-20%，對(duì)應(yīng)的控制器調(diào)整參數(shù)為0-200。由于通 訊環(huán)節(jié)為基于互聯(lián)網(wǎng)的模型而不是單純的傳輸線，因此，根據(jù)力信號(hào)和速度信號(hào)跟蹤圖調(diào) 整控制參數(shù)為主端控制器速度阻尼=1，從端控制器速度阻尼尾2 =180,增強(qiáng)系統(tǒng)主從端 控制效果。
[0027] 本發(fā)明基于無源控制的思想，根據(jù)遙操作機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)際參量，包括主端慣性系 數(shù)、從端慣性系數(shù)M 5、主端速度阻尼系數(shù)、主端控制器速度阻尼系數(shù)I2 ,以及環(huán) 境慣性系數(shù)、環(huán)境剛性增益&、環(huán)境速度阻尼信號(hào)系數(shù)4作為模擬參數(shù)，根據(jù)主從端 信號(hào)跟蹤情況調(diào)整控制器參數(shù)從而達(dá)到我們對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和透明性的要求。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人無源控制方法，其特征在于包括操作端、主端模型、 濾波器、主端控制器、互聯(lián)網(wǎng)、從端控制器、從端模型和從端現(xiàn)場設(shè)備，其步驟如下：步驟1， 建立主端模型、從端模型、主端控制器和從端控制器；步驟2,將操作端、主端模型、濾波器 和主端控制器依次相連，將從端控制器、從端模型和從端現(xiàn)場設(shè)備依次相連，主端控制器和 從端控制器通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通訊；步驟3,根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)歷史數(shù)據(jù)設(shè)定濾波器的參數(shù)， 之后根據(jù)濾波器的參數(shù)設(shè)定主端控制器參數(shù)和從端控制器參數(shù)的初始值；步驟4,通過操 作端向主端模型發(fā)出控制信號(hào)；步驟5,主端模型對(duì)收到的控制信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理并發(fā)送 至濾波器；步驟6,濾波器對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行濾波處理并發(fā)送給主端控制器；步驟7,主端控 制器對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理并發(fā)送至互聯(lián)網(wǎng)；步驟8,從端控制器連接互聯(lián)網(wǎng)并接收 信號(hào)，對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理并發(fā)送至從端模型；步驟9,從端模型對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行 運(yùn)算處理并發(fā)送至從端現(xiàn)場設(shè)備；步驟10,根據(jù)從端和主端的信號(hào)跟蹤狀況調(diào)整主端控制 器參數(shù)和從端控制器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)從端現(xiàn)場設(shè)備的遙操作控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人無源控制方法，其特征在于，建 立主端模型的方法是： 設(shè)」&為操作者力信號(hào)，#_為主端速度阻尼系數(shù)，為主端速度信號(hào)，為主端慣性 系數(shù)，t為主端加速度信號(hào)，為從端電機(jī)反饋力信號(hào)， 則主端模型為晁二+&， 其中設(shè)定：主端速度阻尼系數(shù)碑λ =0. 05,主端慣性系數(shù)=〇. 〇6 ; 建立從端模型的方法是： 首先，建立環(huán)境動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)巧為環(huán)境力信號(hào)，為環(huán)境慣性系數(shù)，^為從端加速 度信號(hào)，4為環(huán)境速度阻尼信號(hào)系數(shù)，K為從端速度信號(hào)，K為環(huán)境剛性增益， 則環(huán)境動(dòng)力學(xué)模型為K =MA +Av1 -l__ ， 其中設(shè)定：環(huán)境慣性系數(shù)Afe =0,環(huán)境速度阻尼信號(hào)系數(shù)=10. 05,環(huán)境剛性增益 =〇 ； 其次，建立從端模型，設(shè)為從端電機(jī)力信號(hào)，巧為環(huán)境力信號(hào)，^為從端慣性系 數(shù)，夂為從端加速度信號(hào)，^為從端速度阻尼信號(hào)系數(shù)，K為從端速度信號(hào)， 則從端模型為Ah = C +^幺+--， 其中設(shè)定：從端慣性系數(shù)& =0.06,從端速度阻尼信號(hào)系數(shù)武！ =0.05。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人無源控制方法，其特征在于 所述濾波器為基于電感元件的濾波器，濾波器的參數(shù)為濾波器感抗值，設(shè)定濾波器感 抗值.M j的方法是： 首先，利用網(wǎng)絡(luò)時(shí)延測(cè)量軟件檢測(cè)互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)延均值和時(shí)延方差，則互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)時(shí) 延閾值為網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延均值加網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延標(biāo)準(zhǔn)差，丟包率閾值為實(shí)際測(cè)量的丟包率； 其次，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)歷史數(shù)據(jù)修改濾波器感抗值:當(dāng)網(wǎng)絡(luò)平均時(shí)延大于網(wǎng)絡(luò)時(shí)延閾值， 網(wǎng)絡(luò)實(shí)際丟包率大于丟包率閾值時(shí)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)平均時(shí)延每增大0. 3秒或丟包率每增大2%，濾 波器感抗值A(chǔ)T/增大0.5 ;當(dāng)網(wǎng)絡(luò)平均時(shí)延小于網(wǎng)絡(luò)時(shí)延閾值，丟包率小于丟包率閾值時(shí)， 減小濾波器感抗值;當(dāng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延閾值為1秒時(shí)，濾波器感抗值^f/ =1. 5亨； 之后，根據(jù)從端反饋信號(hào)調(diào)整濾波器感抗值:如果信號(hào)斷續(xù)嚴(yán)重則相應(yīng)增大濾波 器感抗值,反之則相應(yīng)減小濾波器感抗值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人無源控制方法，其特征在于， 建立主端控制器的方法是： 設(shè)~為主端控制器力信號(hào)，尾為主端控制器剛性增益系數(shù)，\為主端速度信號(hào)，Viie 為從端電機(jī)反饋速度信號(hào)，氧·2為主端控制器速度阻尼系數(shù)，U為主端電機(jī)速度信號(hào)， 貝丨J主端控制器為u·⑶二-Vef); 建立從端控制器的方法是： 設(shè)七為從端控制器力信號(hào)，毛為從端控制器剛性增益系數(shù)，V1為從端速度信號(hào)，vM為 從端電機(jī)速度信號(hào)，式2為從端控制器速度阻尼信號(hào)， 則從端控制器為\(〇二-\)打+晃3(心-Vs)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人無源控制方法，其特征在于， 建立主端控制器的方法是： 設(shè)七為主端控制器力信號(hào)，為主端控制器剛性增益系數(shù)，4為主端速度信號(hào)，I 為從端電機(jī)反饋速度信號(hào)，I112為主端控制器速度阻尼系數(shù)，'^為主端電機(jī)速度信號(hào)， 則主端控制器為-Vef); 建立從端控制器的方法是： 設(shè)4為從端控制器力信號(hào)，4為從端控制器剛性增益系數(shù)，Vs為從端速度信號(hào)，為 從端電機(jī)速度信號(hào)，式3為從端控制器速度阻尼信號(hào)， 則從端控制器為\(?)=昊￡(?-Orfr+Kb - vj。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人無源控制方法，其特征在于，所 述的主端控制器參數(shù)和從端控制器參數(shù)的初始值為：主端控制器速度阻尼=0.01，主端 控制器剛性增益& =〇. 01，從端控制器速度阻尼鳥3 =〇. 1，從端控制器剛性增益4 =〇. 01。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人無源控制方法，其特征在于，所 述的主端控制器參數(shù)和從端控制器參數(shù)的初始值為：主端控制器速度阻尼九 2 =0.01，主端 控制器剛性增益Ie =〇. 01，從端控制器速度阻尼4a =〇. 1，從端控制器剛性增益A =〇. 01。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人無源控制方法，其特征在于， 調(diào)整所述的主端控制器參數(shù)和從端控制器參數(shù)的方法是：根據(jù)主從端速度信號(hào)跟蹤圖 調(diào)整主端控制器參數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)沒有時(shí)延時(shí)，主端控制器速度阻尼=0. 01，主端控制器剛 性增益I? =0.01 ;當(dāng)跟蹤差較大時(shí)，增大主端控制器速度阻尼毛2,系統(tǒng)振蕩嚴(yán)重時(shí)，增大 主端控制器剛性增益A ;根據(jù)主從端力信號(hào)跟蹤圖調(diào)整從端控制器參數(shù)，調(diào)整方法如主端 控制器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人無源控制方法，其特征在于， 調(diào)整所述的主端控制器參數(shù)和從端控制器參數(shù)的方法是：根據(jù)主從端速度信號(hào)跟蹤圖 調(diào)整主端控制器參數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)沒有時(shí)延時(shí)，主端控制器速度阻尼力《2 =0.01，主端控制器剛 性增益Ie =0. 01 ;當(dāng)跟蹤差較大時(shí)，增大主端控制器速度阻尼A12 ,系統(tǒng)振蕩嚴(yán)重時(shí)，增大 主端控制器剛性增益總；根據(jù)主從端力信號(hào)跟蹤圖調(diào)整從端控制器參數(shù)，調(diào)整方法如主端 控制器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的基于互聯(lián)網(wǎng)的遙操作機(jī)器人無源控制方法，其特征在 于， 調(diào)整所述的主端控制器參數(shù)和從端控制器參數(shù)的方法是：根據(jù)主從端速度信號(hào)跟蹤圖 調(diào)整主端控制器參數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)沒有時(shí)延時(shí)，主端控制器速度阻尼&2 =0. 01，主端控制器剛 性增益I? =0.01 ;當(dāng)跟蹤差較大時(shí)，增大主端控制器速度阻尼I112,系統(tǒng)振蕩嚴(yán)重時(shí)，增大 主端控制器剛性增益A ;根據(jù)主從端力信號(hào)跟蹤圖調(diào)整從端控制器參數(shù)，調(diào)整方法如主端 控制器。
【文檔編號(hào)】B25J13/00GK104385271SQ201410451737
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月6日
【發(fā)明者】李國棟, 紀(jì)磊, 李凱, 陳建新, 周咪娜, 劉雪芬 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué), 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)新疆電力公司信息通信公司