基于互联网的遥操作机器人无源控制方法技术

本发明专利技术涉及遥操作机器人控制技术领域，是一种基于互联网的遥操作机器人无源控制方法，包括操作端、主端模型、滤波器、主端控制器、互联网、从端控制器、从端模型和从端现场设备，其步骤如下：步骤1，建立主端模型、从端模型、主端控制器和从端控制器；步骤2，将操作端、主端模型、滤波器和主端控制器依次相连，将从端控制器、从端模型和从端现场设备依次相连。在本发明专利技术中，根据互联网的网络历史数据设定滤波器参数，之后根据滤波器参数设定主端控制器及从端控制器参数初始值，最后根据从端和主端的信号跟踪状况调整主端控制器及从端控制器参数，有效提高现有基于互联网通讯的遥操作机器人系统的稳定性和透明性，具有稳定、可靠、透明的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及遥操作机器人控制
，是一种基于互联网的遥操作机器人无源 控制方法。
技术介绍
遥操作机器人系统由操作者、主机器人、通信环节、从机器人和工作环境组成。是 指操作者对本地主机器人进行操作，并将运动指令通过通信媒介传送给远地从机器人，从 机器人接收到命令跟踪主机器人的运动，完成远程复杂或危险环境下的任务，同时将自己 的工作状态返回给操作者。但是由于遥操作机器人系统是通过互联网Internet作为传输 媒介，Internet本身存在可变时延，数据丢包等现象，而且Internet的时延上限随着系统 主从端的距离增大而变大，数据丢包现象也变得严重，这就提高了系统主端对从端控制上 的难度，系统的透明性也会下降。目前，国内国外的研究大多针对系统的稳定性，对系统透 明性的研究较少，而且针对大时延的研究也很少。
技术实现思路
本专利技术提供了一种，克服了上述现有技 术之不足，其能有效解决现有遥操作机器人系统基于互联网通讯下的稳定性较差、透明性 不足的问题。 本专利技术的技术方案是通过以下措施来实现的：一种基于互联网的遥操作机器人无 源控制方法，包括操作端、主端模型、滤波器、主端控制器、互联网、从端控制器、从端模型和 从端现场设备，其步骤如下：步骤1，建立主端模型、从端模型、主端控制器和从端控制器； 步骤2,将操作端、主端模型、滤波器和主端控制器依次相连，将从端控制器、从端模型和从 端现场设备依次相连，主端控制器和从端控制器通过互联网进行通讯；步骤3,根据互联网 的网络历史数据设定滤波器的参数，之后根据滤波器的参数设定主端控制器参数和从端控 制器参数的初始值；步骤4,通过操作端向主端模型发出控制信号；步骤5,主端模型对收到 的控制信号进行运算处理并发送至滤波器；步骤6,滤波器对收到的信号进行滤波处理并 发送给主端控制器；步骤7,主端控制器对收到的信号进行运算处理并发送至互联网；步骤 8,从端控制器连接互联网并接收信号，对收到的信号进行运算处理并发送至从端模型；步 骤9,从端模型对收到的信号进行运算处理并发送至从端现场设备；步骤10,根据从端和主 端的信号跟踪状况调整主端控制器参数和从端控制器参数，实现对从端现场设备的遥操作 控制。 下面是对上述专利技术技术方案的进一步优化或/和改进： 建立上述主端模型的方法是： 设巧为操作者力信号，为主端速度阻尼系数，％为主端速度信号，Maa为主端惯性 系数，t为主端加速度信号，为从端电机反馈力信号， 则主端模型为八=+i!44 +?* , 其中设定：主端速度阻尼系数Al =0. 05,主端惯性系数A4 =0. 06 ; 建立上述从端模型的方法是： 首先，建立环境动力学模型，设巧为环境力信号，为环境惯性系数，A为从端加速 度信号，4为环境速度阻尼信号系数,A为从端速度信号，A为环境刚性增益， 则环境动力学模型为6 = Aiji +5八+ZiJ0iV5ST, 其中设定：环境惯性系数^ =〇,环境速度阻尼信号系数4 =10. 05,环境刚性增益& =〇 ； 其次，建立从端模型，设?·?为从端电机力信号，巧为环境力信号，为从端惯性系 数，A为从端加速度信号，为从端速度阻尼信号系数，V5为从端速度信号， 则从端t旲型为= Λ?+ Μ? + ， 其中设定：从端惯性系数=0.06,从端速度阻尼信号系数式！ =0.05。 上述滤波器为基于电感元件的滤波器，滤波器的参数为滤波器感抗值，设定 滤波器感抗值Aif的方法是： 首先，利用网络时延测量软件检测互联网的时延均值和时延方差，则互联网的网络时 延阈值为网络的时延均值加网络的时延标准差，丢包率阈值为实际测量的丢包率； 其次，根据网络历史数据修改滤波器感抗值Aif :当网络平均时延大于网络时延阈值， 网络实际丢包率大于丢包率阈值时，当网络平均时延每增大〇. 3秒或丢包率每增大2%，滤 波器感抗值增大0.5 ;当网络平均时延小于网络时延阈值，丢包率小于丢包率阈值时， 减小滤波器感抗值Si/ ;当网络时延阈值为1秒时，滤波器感抗值Ai/ =1. 5亨； 之后，根据从端反馈信号调整滤波器感抗值:如果信号断续严重则相应增大滤波 器感抗值-￥/，反之则相应减小滤波器感抗值。 建立上述主端控制器的方法是： 设、为主端控制器力信号，I为主端控制器刚性增益系数，&为主端速度信号，& 为从端电机反馈速度信号，为主端控制器速度阻尼系数，为主端电机速度信号， 贝IJ主端控制器为(和心; 建立上述从端控制器的方法是： 设4为从端控制器力信号，夂为从端控制器刚性增益系数，A为从端速度信号，ν5?为 从端电机速度信号，为从端控制器速度阻尼信号， 则从端控制器为 U 3 (I)二；f (Vy - V5 )rf-r+J52(Vrf - V5)。 上述的主端控制器参数和从端控制器参数的初始值为：主端控制器速度阻尼A2 =0.01，主端控制器刚性增益Zsa =0.01，从端控制器速度阻尼=〇. 1，从端控制器刚性增 Si =0·01。 调整上述的主端控制器参数和从端控制器参数的方法是：根据主从端速度信号跟 踪图调整主端控制器参数，当系统没有时延时，主端控制器速度阻尼4*2 =〇. 01，主端控制 器刚性增益化=0.01;当跟踪差较大时，增大主端控制器速度阻尼4*2,系统振荡严重时， 增大主端控制器刚性增益Aw;根据主从端力信号跟踪图调整从端控制器参数，调整方法如 主端控制器。 在本专利技术中，根据互联网的网络历史数据设定滤波器参数，之后根据滤波器参数 设定主端控制器及从端控制器参数初始值，最后根据从端和主端的信号跟踪状况调整主端 控制器及从端控制器参数，有效提高现有基于互联网通讯的遥操作机器人系统的稳定性和 透明性，具有稳定、可靠、透明的特点。 【附图说明】 附图1为本专利技术的遥操作机器人控制模型图。 附图2为本专利技术的无源控制方法流程图。 附图中的编码分别为：1为操作端，2为主端模型，3为滤波器，4为主端控制器，5 为互联网，6为从端控制器，7为从端模型，8为从端现场设备。 【具体实施方式】 本专利技术不受下述实施例的限制，可根据本专利技术的技术方案与实际情况来确定具体 的实施方式。 下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步描述： 如附图1、2所示，该，包括操作端1、主端模 型2、滤波器3、主端控制器4、互联网5、从端控制器6、从端模型7和从端现场设备8,其步 骤如下：步骤1，建立主端模型2、从端模型7、主端控制器4和从端控制器6 ;步骤2,将操作 端1、主端模型2、滤波器3和主端控制器4依次相连，从端控制器6、从端模型7和从端现场 设备8依次相连，主端控制器4和从端控制器6通过互联网5进行通讯；步骤3,根据互联 网5的网络历史数据设定滤波器3的参数，之后根据滤波器3的参数设定主端控制器4参 数和从端控制器6参数的初始值；步骤4,通过操作端1向主端模型2发出控制信号；步骤 5,主端模型2对收到的控制信号进行运算处理并发送至滤波器3 ;步骤6,滤波器3对收到 的信号进行滤波处理并发送给主端控制器4 ;步骤7,主端控制器4对收到的信号进行运算 处理并发送至互联网5 ;步骤8,从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于互联网的遥操作机器人无源控制方法，其特征在于包括操作端、主端模型、滤波器、主端控制器、互联网、从端控制器、从端模型和从端现场设备，其步骤如下：步骤1，建立主端模型、从端模型、主端控制器和从端控制器；步骤2，将操作端、主端模型、滤波器和主端控制器依次相连，将从端控制器、从端模型和从端现场设备依次相连，主端控制器和从端控制器通过互联网进行通讯；步骤3，根据互联网的网络历史数据设定滤波器的参数，之后根据滤波器的参数设定主端控制器参数和从端控制器参数的初始值；步骤4，通过操作端向主端模型发出控制信号；步骤5，主端模型对收到的控制信号进行运算处理并发送至滤波器；步骤6，滤波器对收到的信号进行滤波处理并发送给主端控制器；步骤7，主端控制器对收到的信号进行运算处理并发送至互联网；步骤8，从端控制器连接互联网并接收信号，对收到的信号进行运算处理并发送至从端模型；步骤9，从端模型对收到的信号进行运算处理并发送至从端现场设备；步骤10，根据从端和主端的信号跟踪状况调整主端控制器参数和从端控制器参数，实现对从端现场设备的遥操作控制。

【技术特征摘要】
1. 一种基于互联网的遥操作机器人无源控制方法，其特征在于包括操作端、主端模型、 滤波器、主端控制器、互联网、从端控制器、从端模型和从端现场设备，其步骤如下：步骤1， 建立主端模型、从端模型、主端控制器和从端控制器；步骤2,将操作端、主端模型、滤波器 和主端控制器依次相连，将从端控制器、从端模型和从端现场设备依次相连，主端控制器和 从端控制器通过互联网进行通讯；步骤3,根据互联网的网络历史数据设定滤波器的参数， 之后根据滤波器的参数设定主端控制器参数和从端控制器参数的初始值；步骤4,通过操 作端向主端模型发出控制信号；步骤5,主端模型对收到的控制信号进行运算处理并发送 至滤波器；步骤6,滤波器对收到的信号进行滤波处理并发送给主端控制器；步骤7,主端控 制器对收到的信号进行运算处理并发送至互联网；步骤8,从端控制器连接互联网并接收 信号，对收到的信号进行运算处理并发送至从端模型；步骤9,从端模型对收到的信号进行 运算处理并发送至从端现场设备；步骤10,根据从端和主端的信号跟踪状况调整主端控制 器参数和从端控制器参数，实现对从端现场设备的遥操作控制。2. 根据权利要求1所述的基于互联网的遥操作机器人无源控制方法，其特征在于，建 立主端模型的方法是： 设」&为操作者力信号，#_为主端速度阻尼系数，为主端速度信号，为主端惯性 系数，t为主端加速度信号，为从端电机反馈力信号， 则主端模型为晁二+&， 其中设定：主端速度阻尼系数碑λ =0. 05,主端惯性系数=〇. 〇6 ; 建立从端模型的方法是： 首先，建立环境动力学模型，设巧为环境力信号，为环境惯性系数，^为从端加速 度信号，4为环境速度阻尼信号系数，K为从端速度信号，K为环境刚性增益， 则环境动力学模型为K =MA +Av1 -l__ ， 其中设定：环境惯性系数Afe =0,环境速度阻尼信号系数=10. 05,环境刚性增益 =〇 ； 其次，建立从端模型，设为从端电机力信号，巧为环境力信号，^为从端惯性系 数，夂为从端加速度信号，^为从端速度阻尼信号系数，K为从端速度信号， 则从端模型为Ah = C +^幺+--， 其中设定：从端惯性系数& =0.06,从端速度阻尼信号系数武！ =0.05。3. 根据权利要求1或2所述的基于互联网的遥操作机器人无源控制方法，其特征在于 所述滤波器为基于电感元件的滤波器，滤波器的参数为滤波器感抗值，设定滤波器感 抗值.M j的方法是： 首先，利用网络时延测量软件检测互联网的时延均值和时延方差，则互联网的网络时 延阈值为网络的时延均值加网络的时延标准差，丢包率阈值为实际测量的丢包率； 其次，根据网络历史数据修改滤波器感抗值:当网络平均时延大于网络时延阈值， 网络实际丢包率大于丢包率阈值时，当网络平均时延每增大0. 3秒或丢包率每增大2%，滤 波器感抗值AT/增大0.5 ;当网络平均时延小于网络时延阈值，丢包率小于丢包率阈值时， 减小滤波器感抗值;当网络时延阈值为1秒时，滤波器感抗值^f/ =1. 5亨； 之后，根据从端反馈信号调整滤波器感抗值:如果信号断续严重则相应增大滤波 器感抗值,反之则相应减小滤波器感抗值。4. 根据权利要求1或2所述的基于互联网的遥操作机器人无源控制方法，其特征在于， 建立主端控制器的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国栋，纪磊，李凯，陈建新，周咪娜，刘雪芬，
申请(专利权)人：华北电力大学，国家电网公司，国网新疆电力公司信息通信公司，
类型：发明
国别省市：北京;11