四通道遥操作系统的双边未知死区自适应控制系统

摘要

本发明涉及含有未知死区特性的机器人遥操作系统的关节位置和力控制。本发明公开了一种四通道遥操作系统的双边未知死区自适应控制系统。其技术方案包括操作者模块、主机器人控制器、主机器人、第一通信通道、第二通信通道、第三通信通道、第四通信通道、从机器人控制器、从机器人和环境模块；主机器人的关节位置q_m和操作者与主机器人交互力τ_h，分别通过第一通信通道和第三通信通道传输给从机器人控制器；从机器人的关节位置q_s和从机器人与环境交互力τ_e，分别通过第四通信通道和第二通信通道反馈给主机器人控制器。本发明能够有效解决主从机器人死区的不确定性和未知性产生的问题，提高遥操作系统透明性和稳定性。

主权项

四通道遥操作系统的双边未知死区自适应控制系统，包括操作者模块、主机器人控制器、主机器人、第一通信通道、第二通信通道、第三通信通道、第四通信通道、从机器人控制器、从机器人和环境模块；主机器人的关节位置q_m和操作者模块与主机器人交互力τ_h，分别通过第一通信通道和第三通信通道传输给从机器人控制器；从机器人的关节位置q_s和从机器人与环境模块交互力τ_e，分别通过第四通信通道和第二通信通道反馈给主机器人控制器；主机器人控制器包括主机器人控制律和主机器人死区参数估计，主机器人控制器输入包括操作者模块与主机器人交互力τ_h减去从机器人与环境模块交互力τ_e的差值Δτ，其中Δτ＝τ_h‑τ_e，以及主机器人的关节位置q_m减去从机器人的关节位置q_s的差值Δq，其中Δq＝q_m‑q_s；主机器人死区参数估计由差值Δq作为主机器人自适应律的输入，通过主机器人自适应律得到主机器人死区参数估计的导数，再通过积分器得到主机器人死区参数估计值；从机器人控制器包括从机器人控制律和从机器人死区参数估计，从机器人控制器输入包括从机器人与环境模块交互力τ_e减去操作者模块与主机器人交互力τ_h的差值‑Δτ，以及从机器人的关节位置q_s减去主机器人的关节位置q_m的差值‑Δq；从机器人死区参数估计由差值‑Δq作为从机器人自适应律的输入，通过从机器人自适应律得到从机器人死区参数估计的导数，再通过积分器得到从机器人死区参数估计值；所述主机器人自适应律为：其中，Γ_m为对称的正定矩阵，是调节增益；E_m表示主机器人的状态误差变量；s_m是关于主机器人的关节位置误差和关节速度误差的一个混合变量；所述主机器人控制律为：其中，M_m(q_m)表示主机器人的惯量矩阵；为主机器人的离心力和科氏力；G_m(q_m)为主机器人的重力；v_m(t)为主机器人控制器输出；τ_h为操作者模块与主机器人交互力；τ_e为从机器人与环境模块交互力；K_mp和K_mf为正定矩阵，分别为主机器人的关节位置增益和力增益；为主机器人死区参数的估计值；所述从机器人自适应律为：其中，Γ_s为对称的正定矩阵，是调节增益；E_s表示从机器人的状态误差变量；s_s是关于从机器人的关节位置误差和关节速度误差的一个混合变量；所述从机器人控制律为：其中，M_s(q_s)表示从机器人的惯量矩阵，为从机器人的离心力和科氏力，G_s(q_s)为从机器人的重力，v_s(t)为从机器人控制器输出；K_sp和K_sf为正定矩阵，分别为从机器人的位置增益和力增益；为从机器人死区参数的估计值。