论文部分内容阅读
具有力觉临场感的主-从遥操纵系统将远端环境的力和位置信息通过本地手控器转换成反馈力传递给操作者,使其产生身临其境的感觉,同时手控器把操作者的控制指令传输给远端机械手,控制其完成相应的作业任务。遥操纵系统操作性能的优劣直接影响到任务完成的效率和质量,因而研究如何提高操作性能已经成为力觉临场感遥操纵系统领域的热点问题。结合国家自然科学基金项目“遥操纵多自由度电液伺服并联机械手力反馈控制策略”(项目编号:50975118),从控制策略的角度,研究提高主-从异构遥操纵系统力觉临场感能力的理论和方法。研究3-DOF串联从端机械手的运动学、动力学特性及机构工作性能,包括D-H法运动学正解、几何法运动学逆解、Lagrange法动力学建模以及Monte Carlo法工作空间计算等。建立电液位置伺服控制系统的线性化数学模型,设计PD位置跟踪控制器和扰动状态观测器。双向伺服控制策略是遥操纵系统主、从两端信息交互的关键环节。为克服现有控制策略“仅考虑反馈力幅值而忽视反馈力方向”和“多自由度耦合力反馈效果差”的缺点,在位差反馈控制策略的基础上,由运动学Jacobian矩阵形成位置空间,并通过在主手形成与从端相同的位置空间来构造新型双向伺服控制策略,使操纵者能够准确掌握从端干涉力情况。根据Lyapunov判据论证控制策略的稳定性,提出改善系统透明性的方法。采用Adams和Matlab联合仿真,验证所提出的控制策略的有效性。仿真结果表明,在从手空载、负载和有障碍物干涉的情况下,采用新型双向伺服控制策略的力觉临场感遥操纵系统,其主手能够形成与从端相同的位置空间,进而准确反映从端干涉力及其变化情况,使操作者感觉仿佛在从端亲自操纵一样。