遥操作机器人理论—本科毕业设计 - 图文

摘 要

摘 要

随着探索领域的不断拓展，人类对机器人的需求越来越大。当需要在一些人类难以到达或者危险的环境中完成复杂任务时，普通机器人往往难以胜任，这时遥操作机器人就应运而生。遥操作机器人是机器人学与通信技术、控制理论等融合的产物。它将人类的指导和机器自身的智能相结合，有效拓展了人类的活动空间，延伸了人类的能力，有广泛的应用前景。

本文主要研究遥操作机器人的时延控制问题。首先，简要介绍了遥操作机器人的发展和现状，介绍了二端口网络理论，并为遥操作机器人建立了二端口网络模型。然后，基于遥操作机器人的二端口网络模型，分析了时延对遥操作机器人控制效果的不利影响，以及产生这些不利影响的原因。接着，运用无源控制理论中的波变量方法，设计遥操作机器人系统的控制算法。最后，运用Matlab软件对控制算法进行仿真模拟。

关键词： 机器人 遥操作 二端口 无源控制

- I -

ABSTRACT

ABSTRACT

With the exploration of the area continues to expand, the human demand on the robot is more and more big. When the need in some human inaccessible or dangerous environment to perform complex tasks, often difficult to do ordinary robot, teleoperation will emerge as the times require. Teleoperation is a fusion of robotics, communication technology and control theory. Teleoperation which combines human supervisor and machine intelligence effectively expands the space of human activity and extends human capability, so it has extensive application prospects.

This paper mainly studies the control of time delay teleoperation. Firstly, this paper briefly describes the development status of the teleoperation and two-port network theory and builds a two-port network model for teleoperation. Secondly, based on the two-port network model of teleoperation, an analysis which is related to the adverse effect of the time delay in teleoperation control and the causes of these adverse effects is made. What's more, using wave variable method of the passive control theory, control algorithm off teleoperation is designed. Finally, Matlab is used to simulate the control algorithm.

Keywords: robotics teleoperation two-port network passive control

- II -

目 录

目 录

第一章 绪论 .............................................. 1

1.1 遥操作机器人的意义 ................................ 1 1.2 遥操作机器人的发展 ................................ 2 1.3 遥操作机器人的系统结构模型 ........................ 3

1.3.1 NASREM系统结构模型 .......................... 4 1.3.2 基于Agent的系统结构模型 .................... 5 1.3.3 混杂系统结构模型 ............................ 5 1.3.4 采样控制模型 ................................ 6 1.4 遥操作机器人的数学模型 ............................ 7 1.5 遥操作机器人的时延控制 ............................ 8

1.5.1 基于电路理论的无源控制方法 .................. 8 1.5.2 基于现代控制理论的方法 ...................... 8 1.5.3 基于虚拟现实技术的控制方法 .................. 9 1.5.4 基于事件的控制方法 .......................... 9 1.6 本文主要研究内容 .................................. 9 第二章 遥操作机器人的动力学模型和数学模型 ............... 11

2.1 二端口网络理论 ................................... 11 2.2 遥操作机器人的体系结构 ........................... 11 2.3 遥操作机器人系统等效成二端口网络 ................. 13 2.4 本章小结 ......................................... 15 第三章 遥操作机器人的稳定性分析与设计 ................... 16

3.1 无源性理论 ....................................... 16 3.2 遥操作机器人的稳定性分析 ......................... 18 3.3 基于波变量的矫正方法 ............................. 19 3.4 阻抗匹配 ......................................... 21 3.5 透明性问题 ....................................... 22

3.5.1 透明性的定义 ............................... 22 3.5.2 时延对透明性的影响 ......................... 23 3.6 本章小结 ......................................... 25 第四章 遥操作机器人的总体控制设计 ....................... 26

4.1 遥操作机器人的控制器设计 ......................... 26 4.2 遥操作机器人的总体控制结构 ....................... 28 4.3 本章小结 ......................................... 29 第五章 系统仿真实验 ..................................... 30

5.1 对波变量方法的验证 ............................... 30

- III -

目 录

5.2 更加真实的遥操作机器人仿真模型 ................... 31 5.3 消除了波反射的遥操作机器人仿真模型 ............... 33 总 结 .................................................. 36 参 考 文 献 ............................................. 37 致 谢 .................................................. 39

- IV -