大刚度环境下力反馈主手自适应算法研究

针对机器人力反馈主手在大刚度环境下的稳定性和透明性下降问题,提出了一种力觉渲染与反馈的自适应算法。通过改进虚拟墙壁模型引入力的空间梯度,根据力信号随主手末端位置的变化率来自适应选取不同的控制策略,对大刚度环境下的阻抗显示力反馈主手的力觉输出进行渲染。仿真试验表明,该算法可在消除振荡、保障系统稳定的基础上,恢复输出刚度,提高系统的操作透明性。     

基于有/无源混合执行器的力觉交互装置

针对虚拟现实系统中由有源或无源执行器单独驱动的力觉交互装置存在体积大、安全稳定性差和无法主动给操作者施加力等问题,提出了一种由有/无源混合执行器共同驱动的力觉交互装置.在分析无源流变电机结构、实现原理和性能的基础上,研究了基于无源流变电机/有源电机力觉交互装置的设计方法,其结构特点是输出力在有源电机和无源流变电机的共同驱动下产生.提出了基于混合执行器的力觉交互装置控制方法,构建了力觉交互平台并进行了实验研究.实验结果表明,基于有/无源混合执行器的力觉交互装置,不仅克服了基于有源或无源执行器力觉交互装置的缺点,还具有高保真性和输出力可控制范围大等优点.     

力觉临场感遥操作机器人(3):环境的动力学描述

力觉临场感遥操作机器人系统是一个典型的人-机-环交互系统.环境是遥操作机器人系统最终的环节,也是操作者感知和作用的对象,环境的动力学特性对整个遥操作机器人系统的控制性能会产生直接的影响.通过分析环境在力觉临场感遥操作机器人系统中的动力学特性,建立了环境在碰撞接触、线性平稳接触和非线性平稳接触3类情况下的动力学模型,并给出了模型的等效阻抗形式,为力觉临场感遥操作机器人系统的分析提供了基础.     

力反馈遥操作机器人系统的内模控制

针对遥操作机器人系统通讯时延破坏系统稳定性和透明性的问题，为力反馈遥操 作系统建立了内模控制结构，设计了两端控制器分别实现主从机械手速度和力的跟踪，从而使系统具有良好的透明性.两控制器各有一个控制 参数，相关度低，控制灵活.借助内模控制结构的特殊性，以透明性为目标的控制器设计独立于稳定性来进行，降低了控制器设计的复杂度， 很好地兼顾了系统在时延下的稳定性和透明性.理论分析和仿真实验证明了该方法的有效性.     

遥操作工程机器人力觉双向伺服控制系统

针对并行机构的力反馈双向液压伺服控制中所存在的反馈力冲击大及位置跟随差的问题,提出了一种以主、从手之间的力偏差作为主动端控制信号,位置偏差和力偏差形成从手控制量的改进并行型力觉反馈控制算法;结合遥操作工程机器人主从控制的特点,建立了该算法的动力学模型;搭建并分析了两自由度双向伺服控制实验系统。实验结果表明,该控制算法明显改善了主、从控制系统的操纵性能,操作者能够获得真实的力觉临场感,同时具有控制简单、收敛速度快、实时性好的特点。     

基于人工神经网络方法的机器人位置／力混合控制

基于ＰＵＭＡ５６０工业机器人的第２，３关节设计了位置／力混合控制器。在力控制环建立了基于ＢＰ网络的自适应ＰＩＤ控制器，该网络可辩识所接触环境的动力学特性。实验表明，这种位置／力混合控制器经训练后，不仅能对训练样本所代表的环境作出正确响应，而且对介于样本之间的环境有很强的自适应能力。     

力觉临场感遥操作机器人(4):系统的操作性能评价

力觉临场感遥操作机器人系统是一种典型的人-机-环交互系统,临场感是遥操作的核心.如何评价力觉临场感遥操作机器人系统的操作性能即临场感程度,目前大多采用基于人机工效学的主观评价分析方法.通过建立力觉临场感遥操作机器人系统的二端口网络模型,对操作者在遥操作过程的感知和控制行为进行了分析,给出了虚拟阻抗的定义,以此为基础提出了可定量评价系统操作性能即力觉临场感程度的阻抗比较法.利用阻抗比较方法对现有的4种不同反馈控制结构遥操作机器人的操作性能作了分析与评价.     

力反馈遥操作机器人系统的内模控制

针对遥操作机器人系统通讯时延破坏系统稳定性和透明性的问题，为力反馈遥操作系统建立了内模控制结构，设计了两端控制器分别实现主从机械手速度和力的跟踪，从而使系统具有良好的透明性,两控制器各有一个控制参数，相关度低，控制灵活,借助内模控制结构的特殊性，以透明性为目标的控制器设计独立于稳定性来进行，降低了控制器设计的复杂度，很好地兼顾了系统在时延下的稳定性和透明性,理论分析和仿真实验证明了该方法的有效性．     

具有时变开关平面的机器人滑动模式控制

为了使机器人力控制系统对接触刚度和载荷变化等不确定性因素具有鲁棒性,本文计论了滑动模式控制在机器人中的应用问题,提出了一种选择滑动开关平面的自适应算法,以加快系统轨迹的收敛速度,同时采用了近似的连续控制律来解决系统的高频震颤问题。实验表明,利用所提出的方法设计的机器人力控制器对接触刚度的变化具有很好的鲁棒性。     

电液力伺服系统控制策略的半实物仿真

通过在半实物仿真环境中进行模型辨识试验,获得电液力伺服系统的辨识模型.为了改善电液力伺服系统的控制性能,设计了一种复合模糊PID控制器.这种控制器结合了经典PID控制器和带有自调整修正因子的模糊控制器的优点,并加入了前馈校正.为了避免由于两种控制方式相互切换时造成的不良扰动,采用了模糊切换的方法 .通过在电液伺服试验台上对所设计的复合模糊PID控制器进行半实物仿真实验,并对比PID控制器和传统模糊控制器的实验控制曲线,验证了复合模糊PID控制器的可行性和控制性能.同时在负载刚度和质量变化时进行了半实物仿真实验,实验结果表明,复合模糊PID控制器不仅改善了稳定性和速度,并具有良好的实时性.     

一种新并联主手的灵巧度分析

建立了基于Delta和3-RRR复合结构的双并联式主手平动与转动独立的运动学模型,并推导出各自的雅可比矩阵,给出了局部灵巧度和全局灵巧度的计算方法．在计算过程中,引入了MonteCarlo方法使计算过程简化,效率提高．给出了特定构型下的机构灵巧度分析结果,验证了上述方法的有效性,灵巧度的分析结果可直接用于主手的优化尺度综合．     

基于速度闭环的自适应力位控制算法

针对力觉主手力控制中接触刚度时变的特殊要求,提出了一种含有速度闭环的自适应力/位混合控制算法.通过构造系统特定的标量函数,证明可以通过选择合适的自适应参数更新律,使得在该控制律和更新律的共同作用下追踪力误差是有界的,力误差的导数是平方可积的.利用Barbalat引理证明了该控制算法具有全局渐近稳定性.给出了主手力控制系统的体系结构,并对不同频率正弦力信号进行了跟踪实验.实验结果表明:对于同样频率的力信号,所提出的方法跟踪误差小于常规阻抗控制方法,整个控制系统稳定并具有良好的控制特性.实验分析了控制律中各关键参数对控制品质的影响.     

基于高斯处理的触觉显示机器人摩擦力矩的动力学建模方法

通过建立准确的动力学模型可以显著地改善触觉显示机器人的控制性能．但由于其关节处的非线性动态摩擦特性,传统建模方法精度较低．针对此问题,采用高斯处理算法,准确建立了高度非线性的触觉显示机器人摩擦力矩动力学模型．单自由度的触觉显示机器人实验结果表明,其精度得到显著提高．     

波域预测三通道时延双边遥操作

针对波变量方法应用于时延遥操作系统透明性差的问题,提出了将波变量方法与预测技术及三通道遥操作系统结构相结合,在保证时延系统稳定性的基础上提高其透明性。针对主端无力传感器的遥操作系统,建立了一种三通道遥操作双边控制结构,并根据理想透明性条件分析了三通道控制结构的参数选择方法。为了将波变量方法应用于三通道结构,通过合理的力/速度信息组合将三通道结构分割成二端口模型并对此二端口模型的输入输出信息进行了波变换。在主端的波域加上预测器,进一步提高系统的透明性,并设计能量综合器来保证预测器的无源性。最后,从理论上分析了本文方法的透明性和稳定性并进行了实验验证,结果表明:在一定条件下,本文方法能够保证时延系统的稳定性,并具有较好的透明性。     

基于稳定性的状态反馈控制系统容错控制策略

针对状态反馈控制系统传感器失效故障模型,提出了基于系统稳定性设计的控制器重构新方法。它是在容错控制器的设计过程中,在故障系统的各内环稳定性分析的基础上,对失稳的内环进行稳定性补偿所得到的线性状态反馈容错应制策略。     

一种用于多媒体会议系统的通信带宽控制算法

多媒体同步是分布式多媒体应用中的一个重要问题。本文针对多媒体会议系统提出了一种通信带宽控制算法,它利用RTP协议机制对网络带宽进行调节和控制。实验表明,该算法明显地改善了多媒体信息的传输质量。