具有时延的遥操作机器人控制仿真研究及其实验系统的改进

论文题目: 具有时延的遥操作机器人控制仿真研究及其实验系统的改进

论文类型: 硕士论文

论文专业: 测试计量技术及仪器

作者: 郝飞

导师: 宋爱国

关键词: 力觉临场感,时延,稳定性,无源控制,仿真

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 遥操作机器人是指在人的操纵下能在人难以接近或对人有害的环境中完成比较复杂操作的一种远距离操作系统。它实际上是一个人、机协作系统,由操作者、主机器人及其控制器、从机器人及其控制器和任务及其环境组成。临场感技术是人机交互的核心。力觉临场感作为临场感技术的主要研究内容,是通过采用力反馈技术,将远地从机械手与环境的相互作用力通过传感器实时反馈到本地操作者处,使操作者产生身临其境的感受,从而实现对机械手带力感觉的控制。它是遥操作机器人完成接触性任务的保证。在力觉临场感遥操作系统中,本地操作者和远地遥控机器人之间的信号传输存在较大的通信时延,时延系统的稳定性一直是系统设计者所关注的问题。采用无源二端口网络理论的无源控制算法是目前常用的用于克服时延影响的控制算法。本文首先介绍了遥操作系统中常用的二端口网络分析方法,并在此基础上对无源控制方案进行了分析。目前遥操作系统的稳定性是建立在二端口网络理论的基础上,即认为遥操作系统是由二端口和单端口级联而成的,只要保证系统的无源性就可保证系统的稳定性。本文对Anderson和Spong的无源控制算法进行了仿真研究,通过编写仿真程序软件,深入分析了不同时延下,遥操作机器人系统的稳定性,包括从手对主手的位置跟踪性能,主手对从手的力跟踪性能等。并对原有的单自由度力觉临场感遥操作实验系统的机械结构、传感器和电路进行了改进设计,以便于进一步对时延控制算法进行实验研究。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 遥操作机器人技术的发展

1.2 力觉临场感技术的发展

1.3 力觉临场感遥操作技术存在的问题

1.3.1 解决时延问题的控制算法

1.3.2 解决时延问题的虚拟现实技术

1.4 本文的研究内容及目标

第二章力觉临场感遥操作系统分析

2.1 力觉临场感遥操作系统

2.2 二端口网络控制理论

2.3 散射理论与无源性理论

2.4 力觉临场感遥操作系统的无源控制算法

2.4.1 遥操作系统的动力学模型

2.4.2 无时延系统的双边控制

2.4.3 有时延系统的双边控制

2.4.4 时延的补偿

第三章遥操作系统的时延控制仿真

3.1 软件仿真流程图及总体设计

3.2 控制算法仿真软件设计

3.3 仿真曲线绘制软件设计

3.3.1 仿真曲线绘制软件结构

3.3.2 曲线文件解析

3.3.3 曲线图形绘制

3.3.4 曲线图形处理

3.4 控制算法仿真实验及结论

3.4.1 有源控制算法仿真实验

3.4.2 无源控制算法仿真实验

3.4.3 有、无源控制算法比较及结论

第四章单自由度力觉临场感系统的改进设计

4.1 单自由度力觉临场感系统

4.2 主、从手机械结构的设计改进

4.3 传感器的设计改进

4.4 信号调理电路的设计

4.4.1 力信号调理电路

4.4.2 位置信号调理电路

4.4.3 力、位置信号的有源滤波及保护电路

4.5 直流电机驱动电路的设计

4.5.1 PWM 驱动原理

4.5.2 光电隔离电路

4.5.3 功率放大电路

4.6 单片机及看门狗电路设计

4.7 串口通信电路的设计

4.8 主电路板供电的设计

第五章总结

5.1 本文所做的工作

5.2 今后的工作重点

致谢

参考文献

作者在学期间发表的论文

发布时间: 2007-06-11

参考文献

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