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基于力反馈手套与灵巧手的双边遥操作时滞依赖控制研究

作　者: 任伟
导　师: 刘伊威
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 力反馈手套阻抗控制时滞依赖控制鲁棒H∞控制
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 29次
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内容摘要

近年来，机器人多指灵巧手及其遥操作成为机器人领域的研究热点之一，然而受限于力反馈装置的操作性，遥操作系统透明性下降。另外，遥操作系统中的时滞环节会给系统带来稳定性问题，虽然众多学者提出了一系列的方法来解决时滞带来的稳定性方法，但通常这些方法建立的稳定性条件都与时滞的大小无关，这样的控制系统势必存在一定的保守性，而且通常解决时滞是以牺牲系统透明性为代价的，因而，寻求合适的控制律在二者之间做一个最优选择具有非常重要的意义。本文根据现有的主手（即HIT/DLR力反馈手套）与从手（HIT/DLR灵巧手），进行双边遥操作时滞依赖控制研究。本文首先，通过运动学和动力学分析，获取主从手的运动学和动力学信息，为局部控制做准备。以主手为例，在动力学分析的基础上，依次进行关节位置控制设计，指尖位置控制设计，基于位置控制的阻抗控制，获取具有期望动力学特性的主从手系统，并进行阻抗控制实验。接着，根据设计好的主从端系统，建立遥操作系统的数学模型。选取合适的Lyapunov-Krasovskii泛函，对时滞依赖控制的保守性问题进行分析，根据自由权矩阵法，对遥操作系统进行鲁棒镇定分析。进一步，根据吴敏提出的对状态时滞系统的鲁棒H∞控制器设计方法，推导出输入时滞系统的鲁棒H∞控制器设计方法，并给出数值实例，以此为基础设计遥操作控制器，进行双边遥操作时滞依赖控制实验，最后给出实验结果以及局部控制器对遥操作系统的影响分析。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-18
  1.1 课题背景  8
  1.2 国内外研究现状  8-16
    1.2.1 力反馈装置研究现状  8-9
    1.2.2 遥操作控制研究现状  9-15
    1.2.3 时滞依赖控制  15-16
  1.3 课题的研究意义和研究内容  16-18
    1.3.1 课题的意义  16-17
    1.3.2 课题研究内容  17-18
第2章遥操作硬件系统  18-27
  2.1 引言  18
  2.2 HIT/DLR 力反馈手套  18-24
    2.2.1 力反馈手套机械机构  18-21
    2.2.2 力反馈手套传感器系统  21-22
    2.2.3 力反馈手套的硬件控制系统  22-24
  2.3 HIT/DLR 灵巧手  24-26
    2.3.1 灵巧手机械结构  24-25
    2.3.2 灵巧手传感器系统  25
    2.3.3 灵巧手的硬件控制系统  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章主从手运动学与动力学  27-37
  3.1 引言  27
  3.2 主手运动学与动力学  27-35
    3.2.1 手指运动学  27-30
    3.2.2 连杆端的动力学分析  30-32
    3.2.3 驱动端动力学  32-33
    3.2.4 动力学参数预处  33-35
  3.3 从手运动学与动力学  35
  3.4 本章小结  35-37
第4章主从手局部控制  37-53
  4.1 引言  37-38
  4.2 阻抗控制基本原理  38-39
  4.3 主手局部控制器设计  39-51
    4.3.1 功能需求分析  39-40
    4.3.2 基关节位置控制  40-46
    4.3.3 指尖位置控制  46-48
    4.3.4 阻抗控制器设计  48-51
  4.4 从手局部控制器设计  51
  4.5 本章小结  51-53
第5章双边遥操作时滞依赖控制律研究  53-68
  5.1 引言  53
  5.2 遥操作系统数学模型  53-56
  5.3 时滞依赖稳定性分析  56-61
  5.4 时滞依赖鲁棒 H∞控制  61-65
  5.5 双边遥操作时滞依赖控制实验  65-67
  5.6 本章小结  67-68
结论  68-70
参考文献  70-74
攻读学位期间发表的学术论文  74-76
致谢  76

基于力反馈手套与灵巧手的双边遥操作时滞依赖控制研究

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