基于Internet的遥操作机器人系统时延控制器的设计与仿真

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1、武汉理工大学硕十学伊论文摘要基于Internet的遥操作机器人系统是操作者对本地主机械手进行操作，通过计算机网络远程从机械手跟踪主手的运动从而完成危险环境下任务的复杂时滞系统。该系统拓展了人类在太空、深海、核环境等危险情况下的作业能力，因而在诸多领域具有广阔的应用前景，是当前先进机器人领域中重要的前沿课题和研究热点。本文从时延特性的分析入手，应用罩卡蒂方程、线性矩阵不等式等方法，对遥操作系统稳定性能展开了研究，设计了基于Internet的遥操作机器入系统的时延控制器。主要做了以下几个方面的工作：通过对遥操作系统网络时延特性的研究，分

2、析了遥操作系统的通信模式和通信协议，构建了系统网络时延的简化模型。在此基础之上实现了对校园网内基于不同传输协议的时延测试，根据时延测试结果的分析，得出了设计时延控制器的必要性的结论。分析了遥操作机器人系统的基本构成，根据刚体运动力学的基本原理，构建了单自由度的机械手的简化模型，通过引入不确定参数和合理的性能评价信号，推导出反映机械手实际工作状态下主、从手不确定性模型，并在此基础上进一步建立了遥操作系统的改进型状态空间模型。探讨了遥操作机器人系统鲁捧控制器算法，提出了带记忆的位置、速度和力反馈控制方法，结合系统的改进状态空间模型，通过

3、对里卡蒂方程和线性矩阵不等式设计系统的反馈参数方案进行比较优劣，结合本系统控制器的需求，提出了遥操作系统的Y一次优^乙离散控制策略。该控制策略实现了单自由度遥操作机器人系统数学模型的离散化，接着对主、从手分别设计了带记忆的位置和速度反馈离散控制器，为了减小跟踪误差，最后运用了，，一次优性能指标进行优化设计．本文对，一次优玩离散控制器进行了仿真研究，仿真结果表明，该控制器设计方案无需额外的限制条件，既保证了整个系统的稳定性，又实现了轨迹的小误差跟踪，可以使遥操作系统获得较好的控制效果。关键词：遥操作机器人，网络时延，时延控制器，仿真，

4、，一次优以武汉理1入学硕士学位论文ABSTRACTIntemet-bascdteleoperationrobotsystemisacomplexdelay-timesystem,whiche11ableslavetrackmaster'smovementinordertocarryingouttaskindangerousenvironmentssuchasinthesky,undertheseaandintheradiatingsituationsetc．Teleoperationrobotictechnologyiscatchi

5、ngmuchattentionfromresearchersallOVertheworld．Inthisdissertaion,firstly,thetime-delayofInternetwillbeanalyzedandtested，what'smom,stabilityofteleoperationrobotsystemisresearchedviaRiccatiandLMIjntheend,delay-timecontrollerofInternet-basedtdeoperationrobotsystemisdesigne

6、d，Themainworkofthisdissertaionarcasfollows：ThroughresearchofcharacteristicsaboutInternet·basedtdcoperationrobotsystemnetworkdelay-time,communicationmodesandcommunicationprotocolofteleoperationrobotsystemareanalyzed,thenetworkdelay-timesimplifiedmodelis∞nstIⅥcl甜。Onthefo

7、undationoftheseresearch,delaytestwithinthecampusnetworkbased011differenttransmissionprotocolisachieved．Accordingtotheanalysisofthedelay-timetestresults，andWedrawtheconclusionthatacontrollerfocusingdelay-timeisessentialtostabilityofsystem．Basiccomponentsoftheteleoperati

8、onrobotsystemisanalyzed,accordingtothebasicprinciplesofrigidmoch,mlic8)thesimplifiedmodelofsingle-freedommanipulatori