一种基于自适应事件触发的遥操作通讯方法技术

本发明专利技术提供一种基于自适应事件触发的遥操作通讯方法，将关节位移差值不大于设定阈值作为触发事件，实时保存机械臂位置传感器在每个采样时刻采集的关节角位移信息，并将每个采样时刻的位置信息与触发时刻的位置信息做差，当得到的关节位移差值不满足所设计的触发事件时，才释放当前采样时刻的关节位置信息到通信网络中进行传输，以此完成对要传输信息的筛选和剔除；由此可见，本发明专利技术只有当机械臂位置信息发生一定程度的变化，才会激活传输通道，而非在固定的时间周期下不停的占用通讯网络进行信息传输，可以在视频图像信息的传输尽量不占用通讯网络带宽的前提下，保持视频图像信息具有足够的传输量，使得机械臂操作员获得良好的临场感。好的临场感。好的临场感。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应事件触发的遥操作通讯方法


[0001]本专利技术属于机器人控制技术研究领域，尤其涉及一种基于自适应事件触发的遥操作通讯方法。

技术介绍

[0002]随着机器人、远距离网络通讯等技术的进步，双边遥操作系统在远距离作业中发挥着越来越大的作用。多年以来，许多学者针对诸如遥操作系统一类的非线性系统提出了多种控制策略，如自适应控制、滑模控制等。
[0003]然而，大多数控制方案是基于时间触发的，即按照固定的时间周期进行信号采样，同样，传输到系统中的信号也是以相同的周期进行更新和传输的。基于时间触发的控制系统易于实现，但会造成通讯资源的浪费。在遥操作中，主从两端往往会相隔较远的距离，此时通讯带宽变得极为珍贵。操作指令、传感器参数、视频信息等均需要经过通讯网络来传输，多余带宽的占用可能会导致重要信息的迟滞甚至遗漏。不仅如此，远距离传输不可避免的会受到通讯时延的影响，时延会极大的影响系统性能，降低操作员的临场感，甚至影响系统稳定性。
[0004]在实际使用中，事件触发机制所提供的触发频率需要根据实际情况进行调整，此时便需要引入自适应方法，来动态调整触发阈值参数。然而，现有遥操作系统的设计多基于时间触发，在远距离通讯时会浪费一定的带宽资源，尤其是视频图像信息的传输，极大地占用了网络带宽。现有技术中，自适应控制、滑模控制等皆不能改善带宽占用时延问题。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种基于自适应事件触发的遥操作通讯方法，以机械臂一段时间内的位置变化作为事件触发机制的触发条件，剔除一些无效信息，让单位周期内传输的机械臂位置信息更具代表性。
[0006]一种基于自适应事件触发的遥操作通讯方法，主机械臂和从机械臂之间通过通讯网络进行信息传输，其中，在进行信息传输时，分别获取主机械臂和从机械臂在每个采样时刻的关节角位移信息，并将第一个采样时刻记为触发时刻；将主机械臂和从机械臂各自在每个采样时刻的关节角位移信息分别与各自在触发时刻的关节角位移信息作差，当主机械臂对应的第一关节位移差值大于设定阈值时，才向从机械臂发送信息，同时，将第一关节位移差值大于设定阈值时对应的采样时刻作为后续传输过程中判断主机械臂是否向从机械臂发送信息的新触发时刻；当从机械臂对应的第二关节位移差值大于设定阈值时，才向主机械臂发送信息，同时将第二关节位移差值大于设定阈值时对应的采样时刻作为后续传输过程中判断从机械臂是否向主机械臂发送信息的新触发时刻。
[0007]进一步地，判断主机械臂和从机械臂是否要向对方发送信息时，首先将每个采样时刻的关节角位移信息与触发时刻的关节角位移信息之间的关节位移差值进行预处理，再将预处理后的关节位移差值与设定阈值进行比较；
[0008]其中，预处理具体如下：
[0009][q
i
((t
k
+j)h)
‑
q
i
(t
k
h)]T
Ω[q
i
((t
k
+j)h)
‑
q
i
(t
k
h)][0010]其中，i＝m，s，且m代表主机械臂，s代表从机械臂，h为机械臂上的传感器采集关节角位移信息的离散采样时间间隔，t
k
为机械臂上的传感器采集关节角位移信息的离散采样点序号，k为触发时刻的序号，t
k
h为第k个触发时刻，(t
k
+j)h为第k个触发时刻到第k+1个触发时刻t
k+1
h之间的采样时刻，j＝1，2，...L，L为两个触发时刻之间的采样时刻数量，q
i
(t
k
h)为触发时刻时的关节角位移信息，q
i
((t
k
+j)h)为采样时刻时的关节角位移信息，Ω为对称正定的加权矩阵，T表示转置；
[0011]设定阈值为：
[0012]σq
iT
((t
k
+j)h)Ωq
i
((t
k
+j)h)
[0013]其中，σ为设定的阈值参数，且0＜σ＜1。
[0014]进一步地，阈值参数σ的设定方法如下：
[0015][0016]其中，融合差值e
i
(t
k
h)为关节位移差值，且有e
i
(t
k
h)＝q
i
((t
k
+j)h)
‑
q
i
(t
k
h)，h)，为融合差值区间的上限值，Δ
min
与Δ
max
分别为划分融合差值区间的分段下限和分段上限，σ
max
、σ
min
分别为设定的阈值参数的上限和下限。
[0017]进一步地，后续传输过程中判断主机械臂和从机械臂是否要向对方发送信息时，首先将每个采样时刻的关节角位移信息与触发时刻的关节角位移信息之间的关节位移差值进行预处理，再将预处理后的关节位移差值与设定阈值进行比较，最后将预处理后的关节位移差值大于设定阈值时对应的采样时刻作为后续传输过程中判断从机械臂是否向主机械臂发送信息的新触发时刻，且新触发时刻t
k+1
h用公式表示如下：
[0018][0019]其中，n表示使得满足的最小j值，且n为非负整数。
[0020]进一步地，信息传输完成后，主机械臂接收到的信息记为q
s
(t
k
h
‑
ρ
f
(t))，从机械臂接收到的信息记为q
m
(t
k
h
‑
ρ
b
(t))，其中，ρ
f
(t)、ρ
b
(t)分别为通讯通道的前向时延和反向时延，且ρ
f
(t)、ρ
b
(t)均为时延函数ρ(t)，时延函数ρ(t)的设定方法如下：
[0021][0022]其中，t为当前接收信息的时间，h为机械臂上的传感器采集关节角位移信息的离散采样时间间隔，t
k
为机械臂上的传感器采集关节角位移信息的离散采样点序号，k为触发时刻的序号，t
k
h为第k个触发时刻，(t
k
+j)h为第k个触发时刻到第k+1个触发时刻之间的采样时刻，j＝1，2，...L，L为两个触发时刻之间的采样时刻数量，则P
M
为下一个触发时刻之前的最后一个采样时刻对应的j值，φ0：、φ
l
、分别表示不同的时间区间，且时间区间φ0：、φ
l
、的设定方法如下：
[0023][0024]其中，时延最大值η
k
：为第k个触发时刻时通讯通道的通讯时延。
[0025]进一步地，主机械臂向从机械本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应事件触发的遥操作通讯方法，其特征在于，主机械臂和从机械臂之间通过通讯网络进行信息传输，其中，在进行信息传输时，分别获取主机械臂和从机械臂在每个采样时刻的关节角位移信息，并将第一个采样时刻记为触发时刻；将主机械臂和从机械臂各自在每个采样时刻的关节角位移信息分别与各自在触发时刻的关节角位移信息作差，当主机械臂对应的第一关节位移差值大于设定阈值时，才向从机械臂发送信息，同时，将第一关节位移差值大于设定阈值时对应的采样时刻作为后续传输过程中判断主机械臂是否向从机械臂发送信息的新触发时刻；当从机械臂对应的第二关节位移差值大于设定阈值时，才向主机械臂发送信息，同时将第二关节位移差值大于设定阈值时对应的采样时刻作为后续传输过程中判断从机械臂是否向主机械臂发送信息的新触发时刻。2.如权利要求1所述的一种基于自适应事件触发的遥操作通讯方法，其特征在于，判断主机械臂和从机械臂是否要向对方发送信息时，首先将每个采样时刻的关节角位移信息与触发时刻的关节角位移信息之间的关节位移差值进行预处理，再将预处理后的关节位移差值与设定阈值进行比较；其中，预处理具体如下：[q
i
((t
k
+j)h)
‑
q
i
(t
k
h)]
T
Ω[q
i
((t
k
+j)h)
‑
q
i
(t
k
h)]其中，i＝m，s，且m代表主机械臂，s代表从机械臂，h为机械臂上的传感器采集关节角位移信息的离散采样时间间隔，t
k
为机械臂上的传感器采集关节角位移信息的离散采样点序号，k为触发时刻的序号，t
k
h为第k个触发时刻，(t
k
+j)h为第k个触发时刻到第k+1个触发时刻t
k+1
h之间的采样时刻，j＝1,2,
…
L，L为两个触发时刻之间的采样时刻数量，q
i
(t
k
h)为触发时刻时的关节角位移信息，q
i
((t
k
+j)h)为采样时刻时的关节角位移信息，Ω为对称正定的加权矩阵，T表示转置；设定阈值为：σq
iT
((t
k
+j)h)Ωq
i
((t
k
+j)h)其中，σ为设定的阈值参数，且0＜σ＜1。3.如权利要求2所述的一种基于自适应事件触发的遥操作通讯方法，其特征在于，阈值参数σ的设定方法如下：其中，融合差值e
i
(t
k
h)为关节位移差值，且有e
i
(t
k
h)＝q

【专利技术属性】
技术研发人员：赵江波，段博汶，王军政，汪首坤，李静，沈伟，马立玲，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：