多邊觸覺遙操作系統(tǒng)絕對穩(wěn)定性研究.pdf

1、多邊遙操作系統(tǒng)被廣泛應用于協(xié)作遙操作和觸覺輔助訓練等場所。對于許多任務,通過兩個手或多個操作者合作操作,比一個操作者單手獨立操作能獲得更好的性能。通過采用多用戶接口(主機器人)和一個或多個遠程機器人(從機器人)的多邊遙操作系統(tǒng),可以讓多個操作者之間觸覺信息共享,在遠程環(huán)境中協(xié)作執(zhí)行任務。盡管多邊觸覺遙操作系統(tǒng)有許多優(yōu)點,但是其研究仍處于起步階段。事實上,多邊觸覺遙操作系統(tǒng)中,已進行深入研究的僅有基于單個主機器人遙操作單個從機器人的雙邊觸

2、覺遙操作系統(tǒng)。
　　一個雙邊觸覺遙操作系統(tǒng)由一個操作者,一個遙操作器和環(huán)境組成。遙操作器包括主機器人、從機器人、控制器和主從機器人之間的通信通道。由于遙操作器的終端,即操作者和環(huán)境的模型是未知的和/或時變的,一般很難獲取他們的準確模型。因此,對于雙邊遙操作系統(tǒng),為確保耦合的遙操作系統(tǒng)穩(wěn)定性,通常采用絕對穩(wěn)定性或無源性定理來分析,因為他們僅需遙操作器的終端是無源的。
　　類似于雙邊遙操作系統(tǒng),多邊觸覺遙操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性非常重要

3、。研究多邊觸覺遙操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性,必須考慮作為閉環(huán)反饋環(huán)節(jié)的操作者和環(huán)境的影響。然而,操作者和環(huán)境的模型不確定性給閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析增加了很大的難度。本論文研究了多邊觸覺遙操作系統(tǒng)的絕對穩(wěn)定性,包括以下四個部分工作:
　　(1)擴展Llewellyn's絕對穩(wěn)定性定理,提出了封閉形式三端網絡絕對穩(wěn)定性定理。通常,雙邊遙操作系統(tǒng)的絕對穩(wěn)定性采用兩端網絡的絕對穩(wěn)定性定理(Llewellyn's絕對穩(wěn)定性定理)來分析。將該絕對穩(wěn)定性定

4、理推廣應用于三端網絡,需要已知網絡第三個端口的終端數(shù)學模型,然后將三端網絡降為等價兩端網絡后分析絕對穩(wěn)定性,從而使得該方法具有很強的約束性。因此,需要探索一種三端網絡絕對穩(wěn)定性分析方法,無需知道終端的數(shù)學模型,而只要其滿足無源性即可。本論文針對三邊觸覺遙操作系統(tǒng)絕對穩(wěn)定性,將其模型化為一個三端網絡系統(tǒng)來分析,通過擴展Llewellyn's絕對穩(wěn)定性定理,提出了一類三端網絡的絕對穩(wěn)定性定理。詳細內容見第二章。
　　(2)對于遙操作系

5、統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法,除絕對穩(wěn)定性外,無源性也是一種應用廣泛的分析方法。通過對比分析雙邊遙操作系統(tǒng)絕對穩(wěn)定性定理和無源性定理,發(fā)現(xiàn)絕對穩(wěn)定性定理更加開放。對于三邊遙操作系統(tǒng),本文首先擴展Raisbeck's無源性定理,提出了任意無源終端條件下三端網絡無源性定理,并對比研究了三端網絡的無源性定理和絕對穩(wěn)定性定理。通過定理對比,實例分析,仿真和實驗驗證,證明了三邊遙操作系統(tǒng)無源性定理是一個更加保守的定理。詳細內容見第三章。
　　(3)針對

6、傳統(tǒng)的單自由度絕對穩(wěn)定性分析方法無法用于分析多自由度系統(tǒng)絕對穩(wěn)定性的問題,研究了適用于m自由度n邊觸覺遙操作系統(tǒng)的絕對穩(wěn)定性定理。論文首先通過兩個例子,提出進行m自由度n邊觸覺遙操作系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法研究的必要性。隨后,類似于第(1)點描述的絕對穩(wěn)定性分析方法,將m自由度n邊觸覺遙操作系統(tǒng)建模為一個m?n端網絡,且每個端口連接一個m輸入m輸出的終端,進行絕對穩(wěn)定性分析方法研究,提出了適用于所有m?1和n?2的m自由度n邊觸覺遙操作系統(tǒng)的

7、絕對穩(wěn)定性定理。詳細內容見第四章。
　　(4)對于復雜靈巧的多自由度遙操作任務,一般采用兩個具有相同自由度的觸覺機器人搭建的遙操作系統(tǒng)執(zhí)行任務,這對操作者要求很高,而且任務精度無法保障,因此需要探索一種新結構的遙操作系統(tǒng)并研究其穩(wěn)定性。本文首先設計了多操作者操縱多個主機器人分別遙操作控制多自由度單從機器人的不同自由度的遙操作系統(tǒng),隨后,對該多主機器人/單從機器人w自由度協(xié)作觸覺遙操作系統(tǒng),將其建模為一個兩端網絡,且每個端口連接到一