给予力觉反馈的两自由度液压伺服手控器主从遥操作机器人系统研究

论文摘要

以主-从操纵机器人为核心的临场感遥操作系统可以在人难以靠近的高温、高压、强辐射、窒息等极限环境下进行复杂的操纵作业。借助于遥操作系统提供的力觉临场感,可以使操作者真实地感觉到机器人与被操作物体的动态相互作用。在力觉临场感的指导下,操作者能够完成复杂和精细的作业任务,而且力和接触感觉的反馈可以大大提高遥操纵作业的效率和精确性。本文结合国家自然科学基金资助项目“遥操纵6自由度液压并联机械手的力觉双向伺服控制”（编号:50475011）及教育部优秀青年教师基金项目“具有力觉反馈的远距离操纵工程机器人研究”,在对国内外临场感遥操作机器人研究分析的基础上,建立了具有力觉反馈的两自由度液压伺服手控器主-从遥操作试验系统。针对遥操作系统中存在的主-从跟随特性差,力反馈存在冲击等问题,本文设计了单神经元自适应智能PID控制器,提出了改进的新型双向伺服控策略并进行了试验研究。试验结果表明,采用单神经元自适应智能PID控制器,整个系统可以得到良好的静态及动态特性;在改进的新型双向伺服控制策略下,操作者能够感觉到从动机构与环境的接触力,操作者能及时把握从动机构的当前位置及其与环境的干涉情况。论文的研究结果对主-从遥操作机器人系统的研究具有一定的参考价值。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 遥操作机器人技术的发展及应用
• 1.2.1 临场感技术概述
• 1.2.2 临场感技术的主要研究内容
• 1.2.3 临场感技术国内外研究现状
• 1.3 遥操作机器人系统中手控器研究综述
• 1.4 遥操作机器人系统研究中存在的问题
• 1.5 本文主要研究内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 两自由度液压伺服手控器主-从遥操作系统建立
• 2.1 系统总体构成
• 2.2 手控器子系统
• 2.3 电液伺服控制系统
• 2.4 位置伺服控制系统
• 2.5 本章小结
• 第三章 电液伺服系统数学模型分析
• 3.1 电液伺服系统数学模型分析
• 3.1.1 伺服放大器传递函数
• 3.1.2 电液伺服阀传递函数分析
• 3.1.3 阀控液压马达传递函数分析
• 3.2 电液伺服系统传递函数求解
• 3.3 本章小结
• 第四章 控制算法研究
• 4.1 智能控制器的总体设计方案
• 4.2 PID 控制综述
• 4.2.1 微机PID 控制的基本原理
• 4.2.2 PID 控制规律的连续形式表达式
• 4.2.3 PID 控制规律离散化处理后的数字表达式
• 4.3 神经网络控制综述
• 4.3.1 神经元模型
• 4.3.2 神经网络的结构
• 4.3.3 神经网络的学习
• 4.4 单神经元自适应智能PID 控制器设计
• 4.5 双向伺服控制算法研究
• 4.6 系统串联校正及仿真试验研究
• 4.7 本章小结
• 第五章 控制系统软件设计
• 5.1 控制系统软件设计关键技术
• 5.1.1 Windows 精确软件定时技术
• 5.1.2 多线程技术
• 5.1.3 中断技术
• 5.2 控制程序框图
• 5.2.1 主控程序结构框图
• 5.2.2 多线程控制模式程序框图
• 5.2.3 中断服务程序
• 5.2.4 智能控制模块
• 5.3 系统采样时间选择
• 5.4 本章小结
• 第六章 主-从遥操作试验研究
• 6.1 力觉临场感主-从遥操作试验
• 6.1.1 无载荷工况下试验结果
• 6.1.2 加载荷工况下试验结果
• 6.2 试验结果总结
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论及展望
• 7.1 本文结论
• 7.2 存在的问题及展望
• 参考文献
• 摘要
• Abstract
• 致谢