具有时延的遥操作机器人控制仿真研究及其实验系统的改进

摘要

本文首先介绍了遥操作系统中常用的二端口网络分析方法，并在此基础上对无源控制方案进行了分析。目前遥操作系统的稳定性是建立在二端口网络理论的基础上，即认为遥操作系统是由二端口和单端口级联而成的，只要保证系统的无源性就可保证系统的稳定性。对Anderson和Spong的无源控制算法进行了仿真研究，通过编写仿真程序软件，深入分析了不同时延下，遥操作机器人系统的稳定性，包括从手对主手的位置跟踪性能，主手对从手的力跟踪性能等。并对原有的单自由度力觉临场感遥操作实验系统的机械结构、传感器和电路进行了改进设计，以便于进一步对时延控制算法进行实验研究。

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第一章绪论

1.1遥操作机器人技术的发展

1.2力觉临场感技术的发展

1.3力觉临场感遥操作技术存在的问题

1.3.1解决时延问题的控制算法

1.3.2解决时延问题的虚拟现实技术

1.4本文的研究内容及目标

第二章力觉临场感遥操作系统分析

2.1力觉临场感遥操作系统

2.2二端口网络控制理论

2.3散射理论与无源性理论

2.4力觉临场感遥操作系统的无源控制算法

2.4.1遥操作系统的动力学模型

2.4.2无时延系统的双边控制

2.4.3有时延系统的双边控制

2.4.4时延的补偿

第三章遥操作系统的时延控制仿真

3.1软件仿真流程图及总体设计

3.2控制算法仿真软件设计

3.3仿真曲线绘制软件设计

3.3.1仿真曲线绘制软件结构

3.3.2曲线文件解析

3.3.3曲线图形绘制

3.3.4曲线图形处理

3.4控制算法仿真实验及结论

3.4.1有源控制算法仿真实验

3.4.2无源控制算法仿真实验

3.4.3有源、无源控制算法比较及结论

第四章单自由度力觉临场感系统的改进设计

4.1单自由度力觉临场感系统

4.2主、从手机械结构的设计改进

4.3传感器的设计改进

4.4信号调理电路的设计

4.4.1力信号调理电路

4.4.2位置信号调理电路

4.4.3力、位置信号的有源滤波及保护电路

4.5直流电机驱动电路的设计

4.5.1 PWM驱动原理

4.5.2光电隔离电路

4.5.3功率放大电路

4.6单片机及看门狗电路设计

4.7串口通信电路的设计

4.8主电路板供电的设计

第五章总结

5.1本文所做的工作

5.2今后的工作重点

致谢

参考文献

作者在学位期间发表的论文