變時(shí)延環(huán)境下的任務(wù)級(jí)遙操作關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、機(jī)器人遙操作能夠代替人在遠(yuǎn)距離、真空、高溫和高輻射等人類難于直接觸及的環(huán)境下從事科學(xué)實(shí)驗(yàn)、裝配作業(yè)和維護(hù)作業(yè)等。由于距離的影響，遙操作中的時(shí)延常常是變時(shí)延。變時(shí)延下的機(jī)器人遙操作，關(guān)鍵難點(diǎn)在于如何克服變時(shí)延對(duì)遙操作的影響。本文研究了變時(shí)延下機(jī)器人遙操作的若干關(guān)鍵問(wèn)題。主要內(nèi)容包括：
　　 ⑴首先從虛擬環(huán)境建模和動(dòng)力學(xué)建模兩方面，對(duì)機(jī)器人遙操作系統(tǒng)的構(gòu)建進(jìn)行了分析。實(shí)體建模到運(yùn)行仿真，為機(jī)器人遙操作系統(tǒng)的建立了平臺(tái)。在建模過(guò)程中考

2、慮了仿真運(yùn)行的效率問(wèn)題。采用模型簡(jiǎn)化的方式，既從視覺(jué)上保證了不影響臨場(chǎng)感效果，又從物理上不影響仿真執(zhí)行結(jié)果。
　　 ⑵針對(duì)機(jī)器人遙操作任務(wù)復(fù)雜的問(wèn)題，提出了將復(fù)雜遙操作任務(wù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化描述的方法。以同構(gòu)的六元組結(jié)構(gòu)來(lái)描述遙操作任務(wù)，便于計(jì)算機(jī)識(shí)別和管理，充分利用從端機(jī)器人的自主智能。對(duì)復(fù)雜遙操作任務(wù)進(jìn)行面向?qū)ο蟮木幊毯腿蝿?wù)分解，并將遙操作任務(wù)的操作過(guò)程劃分為“接近-操作-離開(kāi)”三階段。所有的任務(wù)均按這種階段方式進(jìn)行劃分，直至劃分到

3、不可再分的“動(dòng)素”級(jí)別。為了在任務(wù)級(jí)操作過(guò)程中加強(qiáng)主端的干預(yù)能力，提出了任務(wù)級(jí)遙操作的切換策略，避免從端在任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中遇到困難死鎖或誤操作。
　　 ⑶提出了將滾動(dòng)預(yù)測(cè)用于從端機(jī)器人狀態(tài)預(yù)測(cè)的方法，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)器人的從端當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，減少因時(shí)延帶來(lái)的反饋信息滯后所造成的“運(yùn)動(dòng)-等待-運(yùn)動(dòng)”操作形式。仿真實(shí)驗(yàn)表明這種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的滾動(dòng)預(yù)測(cè)可以有效的減少預(yù)測(cè)仿真的誤差。
　　 ⑷針對(duì)遙操作中力反饋信息滯后和反

4、饋信息采樣率低的問(wèn)題，提出了采用真實(shí)材料特性接觸力曲線輔助虛擬力計(jì)算的方法，提高虛擬力計(jì)算的效率；提出虛擬力外推的方法，提高力反饋信息采樣頻率，以獲取平穩(wěn)的力反饋效果。仿真實(shí)驗(yàn)證明，該方法易用、可行。
　　 ⑸在遙操作回路中引入波變量，以平衡時(shí)延對(duì)遙操作系統(tǒng)的影響。設(shè)計(jì)了時(shí)延模擬器，在局域網(wǎng)對(duì)遙操作時(shí)延環(huán)境進(jìn)行模擬。在對(duì)時(shí)延進(jìn)行有效估計(jì)的前提下，基于無(wú)源性理論對(duì)遙操作系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。能夠證明系統(tǒng)在波變量的輔助下可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定