基于模糊系统的力反馈遥操作

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1、第18卷第5期载人航天Vo1．18No．52012年9月MannedSpaceflight65基于模糊系统的力反馈遥操作王裕基，袁明艺，孙富春，刘华平(清华大学计算机科学与技术系智能技术与系统国家重点实验室清华信息科学与技术国家实验室，北京1oo084)摘要为了改善遥操作系统的力反馈性能，根据从端夹持器与目标物体或障碍物的距离及从端操作臂的运动速度，设计了模糊力反馈控制器。并通过遥操作地面演示验证实验系统，对提出的控制方法进行了实验验证。实验结果表明，这种控制策略在从端操作臂的末端夹持器靠近目标物体并完成抓取的过程中，为操作者提供了合适的反馈力，使空间遥操作更加安全、可靠。关键词遥操作；力

2、反馈；模糊系统中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1674—5825(2012)05—0065—06及干扰等不确定因素具有较强的鲁棒性I4]。Taguchi1引言等人通过一个模糊逻辑系统判断从端夹持器施加面向空间服务的遥操作系统是通过操作者的参力的危险程度，以便实现柔顺控制，防止从端夹持与，在太空环境中控制空间操作臂完成复杂作业的器施加过大的操作力[51。Perez等人采用一个自适应系统。空间遥操作以操作者为核心，通过操作者和空模糊控制器，使视觉摄像头始终对准目标物体，为间操作臂合作，使人类能在不进人太空的情况下远顺利完成遥操作任务提供了极大的便利[61。另外，Li程遥控操作并安全

3、完成作业任务。而且，遥操作系统等人采用了一个自适应模糊逻辑系统，利用模糊系将人的智能与空间机器人的智能有机地结合起来，统的逼近性能，有效地克服了建模误差和外部扰动一方面利用人的智能进行高层次的感知理解、行为对系统的干扰，实现了非线性遥操作系统的鲁棒控规划以及作业分解等工作，另一方面利用空间操作制[71。此外，模糊控制在移动机器人的遥操作控制中臂系统完成信号检测、信息处理、重复操作等任务，也不断出现。Sim等人介绍了一个两层模糊控制器，从而充分发挥了操作者和操作臂系统各自的优点ll1。通过采集的位置和视觉传感器信息，不但实现了移针对遥操作技术的研究已经进行了几十年，提动机器人对目标物体的有效

4、跟踪，而且还使机器人出了许多的控制方法翻。最近，一些研究者将模糊理具有很好的避障功能阐。在另外一些研究中，采用模论引用到遥操作领域，取得了良好的效果。比如wen糊控制器也可以直接产生反馈力。Farkhatdinov等等人通过T—s模糊逻辑，设计了一个RBF—PID控制人采集了移动机器人与障碍物之间的距离信息，并器，可以在线调整力反馈系数，改善了双边遥操作系根据距离和距离的微分两个变量，通过模糊逻辑系统的力反馈性能【3J。Manifer等人针对从端操作臂所统产生相应的环境反馈力，提高了移动机器人的避处的不同软、硬件环境，通过神经模糊控制器在线地障能力[91。调整控制器参数，使系统对模型误差、

5、参数不匹配以遥操作系统在进行目标捕获、单元更换等任务收稿日期：2011-11-24；修回日期：2012—02—13基金项目：国家杰出青年科学基金资助项目(60625304)；国家自然科学基金资助项目(90716021)；载人航天领域预先研究项目(030202)作者简介：王裕基(1979一)，男，博士研究生，研究方向为遥操作及双边控制。E—mail：wangyuji07@mails．tsinghaa．edu．cn载人航天第l8卷时，需要对操作臂末端的夹持器进行精确控制，使夹定五个子集：距离非常小(VS)、距离小()、距离中持器准确对准目标物体完成抓取操作。在靠近并精()、距离大(L)、距离非

6、常大(￡)，用于涵盖的论确对准目标的过程中，一旦操作者的操作动作过大域『0，201。这里选取20cm作为系统是否进行力反馈而碰到目标，则由于系统处在微重力环境中，将会使的界，因为当夹持器离目标或障碍物较远时，力反馈目标物体或客户星远离抓取范围，严重的还会损坏不仅不能给操作者提供帮助，而且还会产生操作干将要抓取的目标物体。另外，从端操作臂在执行抓取扰，因此当距离大于20cm时，模糊系统不工作，即不任务的过程中，也可能会遇到一些障碍物，如果不能会产生反馈力。定义的隶属函数为及时的躲避这些障碍物，也会对系统造成很大的影VS(x)：(4一)／40≤≤4(1)响。在这种情况下，如果单纯的依靠虚拟现实

7、、增强44≤≤8(2)s()：f一4)／现实、视觉等系统执行遥操作任务，会使遥操作动作l(12-x、)／48≤≤12缓慢，在某些情况下还会出现操作者的重大失误。为()：{一8’／48≤≤(3)了在靠近目标或障碍物的过程中，使操作者掌握当l(16-x)／412≤≤16前的从端运动状态，参照文献【9】中的方法，根据从端()：f一2)，42≤≤6(4)操作臂末端夹持器与目标或障碍物的距离，以及夹l(20)／4l6≤≤20持器的