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-机械电子工程专业论文.docxVIP

Classified Index: TP242.6 U.D.C: 681.568.74 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON DELAY-DEPENDENT CONTROL OF BILATERAL TELEOPERATION WITH FORCE FEEDBACK GLOVE AND DEXTEROUS HAND Candidate: Ren Wei Supervisor: Prof. Liu Yiwei Academic Degree Applied for: Master of Engineering Speciality: Mechatronics Engineering Affiliation: School of Mechatronics Engineering Date of Defence: July, 2012 Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology 摘要 摘要 -I- -I- 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。 关键词：力反馈手套；阻抗控制；时滞依赖控制；鲁棒 H∞控制 -II- -II- Abstract In recent years, robotic multi-fingered dexterous hand and its teleoperation become one of the focus of the robotics fields, however, limited by the feature of force feedback devices, teleoperation system transparency decreased. In addition, the time delay in the teleoperation system will bring stability problems, although many scholars have proposed a series of methods to solve the problem, but usually stability conditions established by these methods are independent to the time delay, those control system is bound to be conserved, and usually to guarantee the stability will sacrafice the transparency of system, therefore, seeking a suitable control law to make an optimal choice between time delay stability and transparency has important significance. This article will study the time-delay dependent control base on mas