基于网络遥操作康复机器人系统鲁棒控制的研究

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1、分类号：TP242密级：公开学号：092030058工学硕士学位论文基于网络的遥操作康复机器人系统鲁棒控制研究学生姓名刘海霞指导教师曾庆军教授江苏科技大学二零一二年三月AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringStudyonRobustControlofInternetBasedTele-rehabilitationSystemSubmittedbyNameLiuHaixiaSupervisedbyProfess

2、orNameZengQingjunJiangsuUniversityofScienceandTechnologyMarch,2012江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日江苏科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、

3、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：(1)保密□，在年解密后适用本授权书。(2)不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日摘要摘要遥操作康复机器人是指应用计算机技术、自动控制技术、传感器应用技术和测试技术，以网络遥操作机器人技术为基础，不仅能为偏远地区的残障患者提供远程康复训练与评估，还能促使患者更灵活、

4、主动、积极地参与康复治疗。本文主要针对遥操作康复机器人系统的稳定性、透明性、跟踪效果、时延影响几个问题进行研究，所设计的鲁棒控制器能够较好地减少时延和外界干扰对系统性能的影响，使系统对参数鲁棒渐进稳定，并且具有良好的透明性。具体的研究内容如下：首先，本文介绍了基于网络的遥操作康复机器人系统的研究背景及意义，国内外研究状况及发展趋势。其次，阐述了常规的遥操作机器人系统的动力学模型和二端口网络模型，进而对所要研究的遥操作康复机器人系统进行动力学建模，并给出其等效的二端口网络模型。然后，针对遥操作康复机器人系统通信时延引起系统不稳定

5、以及性能下降等问题，将系统描述成一个具有时延的状态方程，通过构造适当的李雅普诺夫函数，分析了时延下系统处于约束运动状态下的稳定性，并得到系统的稳定性条件。此外，通过建立系统的等效电路，研究了一种采用阻抗匹配方法分析系统在有时延和无时延情况下透明性的新方法。仿真实验结果表明该方法的有效性，时延下的系统在保证稳定的基础上实现了良好的透明性。接着，针对基于网络的遥操作康复机器人系统主从端之间的时延和外界干扰对系统性能的影响，通过选择适当的加权函数将系统的干扰问题转化为H鲁棒控制问题，采用基于H混合灵敏度和综合的方法设计了一种主从

6、手的鲁棒控制器。受限运动情况下的仿真实验表明，所设计的控制器达到了设计目标。最后，完善了一套单自由度遥操作机器人实验系统，根据本文设计的鲁棒控制器，在LabVIEW环境下实现所设计的鲁棒控制器，并在该系统上验证了单自由度遥操作康复机器人系统控制器的稳定性和控制效果，实现了主从手位置和力的跟踪控制。实验结果表明：本文设计的H鲁棒控制器具有良好的稳定性和跟踪性能，为遥操作康复机器人新型控制技术的研究奠定了一定基础。关键词遥操作康复机器人；H鲁棒控制；时延；LabVIEWI江苏科技大学工学硕士学位论文IIAbstractAbs

7、tractTele-rehabilitationsystembasedonteleoperationtechniquesandappliedwithcomputertechnology,automaticcontroltheory,sensortechnologyandtestingtechniques.Thesystemcannotonlyprovideremotetrainingandrehabilitationassessmentfordisabledpeopleinremoteareas,butalsocanencou

8、ragepatienttoparticipateinrehabilitationtherapymoreflexiblyandactively.Thisarticlemainlyaimedattheresearchonthestability,transparency,trac