遥操作机器人理论—本科毕业设计 - 图文

第四章 遥操作机器人的总体控制设计

当然，为了获得更好的控制效果，在这里采用经过阻抗匹配后的波变量通信环节，这种通信环节是可以消除波反射的。在后面章节的仿真模拟中，我们将看到，通信环节经过阻抗匹配消除了波反射后，整个系统的控制效果确实得到了改善。 Vm*Vm Vl Vr Vsd Vsd* 1b 通 信 环 节波变量 Fmd Fl 波变量 Fr Fs b Fmd* Fs* 图4-3 经过阻抗匹配后消除了波反射的通信环节

4.3 本章小结

本章设计了遥操作机器人的总体控制结构。在控制器的设计上，采用PI控制；在总体结构上，遵循前面各章提出的数学模型和动力学模型，对通信环节用波变量方法进行改造，并将这些模型进行拉式变换。最后，将这些变换后的模型组合成控制框图，为下面的仿真做好准备。

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第五章 系统仿真实验

第五章 系统仿真实验

使用Matlab软件的Simulink工具包搭建系统模型，对遥操作机器人系统进行模拟，验证波变量方法是否能够很好的控制具有时延的遥操作系统。本文只分析具有固定时延的情况。 5.1 对波变量方法的验证

首先搭建一个运用了波变量的通信环节，主端和从端都用方波发生器来模拟作用力。这个模型被用来验证波变量方法是否可以保证通信环节的稳定性。系统结构图如下：

图5-1 经波变量改造后的通信环节仿真模型

在图5-1中，两个方波发生器分别模拟主端和从端的作用力，使用50%的占空比，两个示波器分别显示力跟踪和速度跟踪结果。两个示波器的波形如图5-2和图5-3所示。

在这个简单的系统中，方波发生器被用来模拟主从端受到的力，虽然并不真实，但是通过这个系统，可以验证经过波变量改造的通信环节是否稳定。图5-2和图5-3分别显示速度和力的跟踪结果，从曲线的走势来看，波变量被引入后，通信环节确实具有无源性，整个系统是稳定的。

通过这个最简单的系统，波变量方法的正确性得到了验证。接下来，更加真实的遥操作机器人系统仿真模型将被搭建，并进行仿真验证。

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第五章 系统仿真实验

图5-2 力跟踪结果

图5-3 速度跟踪结果

5.2 更加真实的遥操作机器人仿真模型

一个更加真实的遥操作机器人系统应该建立在主从端、环境、以及控制器的数学模型之上。图5-4就是一个更加真实的遥操作机器人仿真模型。在这个仿真模型中，正弦波信号发生器被用来模拟主端操作者施加的力，然后根据公式（4.5）—（4.8）分别为主从端机器人、从端控制器以及从端环境建立传递函数模型，并运用波变量方法改造通信环节。在这个系统中并没有消除波反射，所以在下面的波形中可以看到，力和速度的跟踪效果不甚理想，有一定波动。

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第五章 系统仿真实验

图5-4 更加真实的遥操作机器人系统仿真模型

图5-5 力跟踪结果

这是一个比较真实的系统模型，这个模型很完整而且有阻抗匹配更加合理的波变量。但是仔细观察波形，仍然可以发现，虽然系统对力和速度的趋势可以做出稳定的跟踪，但是跟踪效果不甚理想，有不小的波动，尤其是速度跟踪结果的波动更大。前面的章节已经说明，直接使用不经改造的波变量会产生波反射，影响控制效果。仿真结果中力和速度的波动，就是波反射造成的，这个结果很好地验证了前面章节中对波反射所作的理论分析。

在下面一节中，将在这个模型的基础上，建立一个消除了波反射的系统模型，

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