六自由度并联液压伺服机械手的力觉双向伺服控制

论文摘要

主-从遥操作机器人系统能代替人完成危险场合、极限环境的作业任务,力反馈技术可以大大地提高其作业精度和工作效率。因此,进行力反馈主-从遥操作机器人系统控制理论的研究具有非常重要的理论和现实意义。本文结合国家自然科学基金项目（50475011）“遥操纵6自由度液压并联机械手的力觉双向伺服控制”及教育部优秀青年教师资助计划项目“遥操纵工程机器人的新型力觉双向伺服控制”,在国内首次系统地研究了6自由度（简称6-DOF）并联液压伺服遥操纵机械手的力觉双向伺服控制问题。本文提出一种新型液压伺服力反馈双向伺服控制策略,它在理论上突破了传统的“从动机械手总是跟随操纵杆运动”的主-从双向伺服控制的思维定式,其被动式力反馈方法可以有效解决国际上现有液压伺服力反馈双向伺服控制方法所存在的“从动机械手接触到刚性较大物体时反馈力冲击过大”及“主-从控制的随动性差”等问题。推导了逆混合参数矩阵理想透明度条件,结合二端口网络理论,对新型力反馈双向伺服控制策略的稳定性和透明度进行了研究。揭示了遥操作系统稳定性和透明度与系统硬件结构参数的定性和定量关系,证明了新型力反馈双向伺服控制策略的可行性。搭建了6-DOF并联液压伺服遥操纵机械手力反馈双向伺服控制系统试验台架并进行了力反馈性能试验。结果表明,新型液压伺服力反馈双向伺服控制策略具有一定的位置跟踪精度和力反馈精度,解决了国际上现有控制策略存在的反馈力冲击过大的问题,具有较好的随动性。所搭建的6-DOF并联液压伺服力反馈双向伺服控制系统具有响应速度快、刚度大、操纵方便、稳定性较好的特点。在资源开发、排险救灾、社会服务和军事、航天等领域具有广泛的应用前景。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 力反馈遥操作机器人综述
• 1.2 力反馈遥操作机器人系统研究概述
• 1.2.1 力反馈遥操作机器人系统组成
• 1.2.2 国外力反馈遥操作机器人研究与应用概述
• 1.2.3 国内力反馈遥操作机器人研究概述
• 1.2.4 力反馈遥操作机器人系统分析
• 1.3 力反馈遥操作控制理论研究概述及分析
• 1.3.1 控制结构概述
• 1.3.2 稳定性与操作性能概述
• 1.3.3 力反馈遥操作双向控制结构比较分析
• 1.3.4 液压伺服力反馈遥操作双向控制策略分析
• 1.4 力反馈操纵杆研究概述及分析
• 1.4.1 力反馈操纵杆研究概述
• 1.4.2 力反馈操纵杆特性分析
• 1.5 本文研究内容
• 1.6 本章小结
• 第2章 液压伺服力反馈遥操作系统控制结构及控制策略研究
• 2.1 遥操作系统分析的理论基础
• 2.1.1 遥操作系统的二端口网络模型
• 2.1.2 稳定性判据
• 2.1.3 逆混合参数矩阵理想透明度条件和阻抗带宽
• 2.1.4 稳定性和透明度的关系
• 2.1.5 影响因素
• 2.2 控制结构及控制策略研究
• 2.2.1 p-p 型控制结构
• 2.2.2 f-p 型控制结构
• 2.2.3 f-f 型控制结构
• 2.3 本章小结
• 第3章 液压伺服力反馈遥操作系统双向伺服
• 3.1 p-f 型控制结构
• 3.1.1 p-f 型控制结构遥操作系统的二端口网络模型
• 3.1.2 系统性能分析
• 3.1.3 克服时延影响方法
• 3.2 新型控制策略研究
• 3.2.1 新型控制策略的提出
• 3.2.2 新型控制策略分析
• 3.3 新型控制策略的创新点
• 3.4 本章小结
• 第4章 6-DOF 并联液压伺服力反馈操纵杆双向伺服
• 4.1 系统总体构成
• 4.2 系统工作原理
• 4.3 6-DOF 并联液压伺服操纵杆
• 4.3.1 液压伺服子系统组成
• 4.3.2 主操纵杆测控系统
• 4.4 主控计算机系统
• 4.4.1 主-从遥操作机器人测控系统组成
• 4.4.2 主-从遥操作机器人测控系统程序设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 6-DOF 并联液压伺服力反馈双向伺服控制试验
• 5.1 试验准备
• 5.1.1 试验目的
• 5.1.2 试验内容
• 5.1.3 试验系统
• 5.2 空载性能试验
• 5.3 弹性负载性能试验
• 5.4 接触硬物实验
• 5.5 试验结果分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 全文总结
• 6.1 论文研究成果及创新性工作
• 6.2 存在的问题及下一步工作展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文及其它成果
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT