具有时变时延的非线性遥操作系统位置和力跟踪控制系统

摘要

本发明涉及机器人遥操作系统控制技术。本发明针对非线性遥操作系统中时变时延产生的主从机器人位置信号和力信号传输延迟导致主从机器人之间的位置误差和力误差的问题，公开了一种具有时变时延的非线性遥操作系统的位置和力跟踪控制系统，提高系统的跟踪性能，确保系统的稳定性。本发明的技术方案是，具有时变时延的非线性遥操作系统位置和力跟踪控制系统，包括操作者模块、主机器人控制器、主机器人、通信通道、从机器人控制器、从机器人和环境模块。本发明能够有效解决非线性遥操作系统中时变时延产生的主从机器人位置信号和力信号传输延迟问题，提高系统的位置和力跟踪准确性。

主权项

具有时变时延的非线性遥操作系统位置和力跟踪控制系统，包括操作者模块、主机器人控制器、主机器人、通信通道、从机器人控制器、从机器人和环境模块；所述通信通道的前向时变时延为T_m(t)，反向时变时延为T_s(t)；主机器人的位置q_m(t)、主机器人的速度操作者与主机器人的交互力τ_h(t)，通过通信通道分别变为q_m(t‑T_m(t))、τ_h(t‑T_m(t))传输给从机器人控制器；从机器人的位置q_s(t)、从机器人的速度从机器人与环境的交互力τ_e(t)，通过通信通道分别变为q_s(t‑T_s(t))、τ_e(t‑T_s(t))反馈给主机器人控制器；所述主机器人控制器的输入包括主机器人的位置q_m(t)、主机器人的速度操作者与主机器人的交互力τ_h(t)、从机器人通过通信通道反馈的位置q_s(t‑T_s(t))、反馈的速度反馈的从机器人与环境的交互力τ_e(t‑T_s(t))；主机器人控制器输出的控制力τ_m(t)；所述从机器人控制器的输入包括从机器人的位置q_s(t)、从机器人的速度从机器人与环境的交互力τ_e(t)、主机器人通过通信通道传输的位置q_m(t‑T_m(t))、传输的速度传输的操作者与主机器人的交互力τ_h(t‑T_m(t))；从机器人控制器输出的控制力τ_s(t)；所述主机器人控制器输出的控制力τ_m(t)满足关系式：$\begin{array}{c}{\tau }_m\left(t\right)=P_m\left(q_m\right(t)-q_s(t-T_s\left(t\right)\left)\right)+D_m\left({\stackrel{·}{q}}_m\right(t)-{\alpha }_s(t\left){\stackrel{·}{q}}_s\right(t-T_s\left(t\right)\left)\right)\\ +K_m{\stackrel{·}{q}}_m\left(t\right)+F_m\left({\tau }_h\right(t)-{\tau }_e(t-T_s\left(t\right)\left)\right)+{\tau }_h\left(t\right)\end{array}$其中，P_m>0为主机器人的位置误差系数；D_m>0为主机器人的速度误差系数；K_m>0为主机器人的速度系数；F_m>0为主机器人的力误差系数；α_s(t)是与T_s(t)的变化率有关的一个可变增益；所述从机器人控制器输出的控制力τ_s(t)满足关系式：$\begin{array}{c}{\tau }_s\left(t\right)=P_s\left(q_s\right(t)-q_m(t-T_m\left(t\right)\left)\right)+D_s\left({\stackrel{·}{q}}_s\right(t)-{\alpha }_m(t\left){\stackrel{·}{q}}_m\right(t-T_m\left(t\right)\left)\right)\\ +K_s{\stackrel{·}{q}}_s\left(t\right)+F_s\left({\tau }_e\right(t)-{\tau }_h(t-T_m\left(t\right)\left)\right)+{\tau }_e\left(t\right)\end{array}$其中，P_s>0为从机器人的位置误差系数；D_s>0为从机器人的速度误差系数，且D_s＝D_m；K_s>0为从机器人的速度系数；F_s>0为从机器人的力误差系数；α_m(t)是与T_m(t)的变化率有关的一个可变增益；所述通信通道的反向时变时延T_s(t)，其变化率满足关系式：所述通信通道的前向时变时延T_m(t)，其变化率满足关系式：