遥操作机器人系统时延控制方法综述
机器人遥操作系统中信息延时的预测研究
y c (k ) = y (k − 1) + γ u c (k − 1)
１
y (k ) = g[w1 x(k ) + w6 xc (k )]
其中 α 、 、 β γ为反馈增益。 ｗ、 ｗ、 ｗ、 ｗ、 ｗ、 ｗ 分别为隐藏层
２ ３ ４ ５ ６
到输 出 层、 输 入 层 到隐 藏 层 、 承接 层 ｘｃ（ｋ）到 隐藏 层 、 承 接 层 ｕｃ（ｋ）
（２）在 时 延 变 化 不 大 ， 稳 定 性 比 较 好 的 情 况 下 ，ＢＰ 神 经 网 络
θ j =θ j + β ⋅ ∑δk ⋅ vkj ⋅ Yj ⋅ (1−Yj )
w = w +α ⋅ ∑δ ⋅v ⋅ Y ⋅ (1−Y ) ⋅ X
２５０ 个 ３２ 字节的数据包 ， 相应的得到 ２５０ 个 时延 值 ， 我 们用 前 ５０ 个 数据 作 为 学习 Ｅｌｍａｎ 神 经 网络 的 数 据 ， 用 前 １００ 个 数 据 检 验 后 １００ 个 作 为 检 验 学 习 后 的 Ｅｌｍａｎ 神 经 网 络 的 预 测 能 力 的 数据 ， 丢失的数据包的时延值我们采取填补平均时延值的方法 ． 本文以 Ｍａｔｌａｂ 为工具进行仿真 ， 分 别对 ＢＰ 神 经 网络 和 Ｅｌ－ ｍａｎ 神经网络对网络时延的预测功能进行了评估 ， 在 ＢＰ 神经网 络和 Ｅｌｍａｎ 神 经网 络 的 设计 中 ， 我 们 利 用 Ｍａｔｌａｂ 工 具 中 自 带 的 函数来建立网络的。其预测结果分别如图 ３ 、 图 ４ 所示。
王宏伟 ： 硕士研究生 基金项目 ： 重庆市科委基金项目 （ＣＳＴＣ２００５ＢＢ２０１３） 《 Ｐ ＬＣ 技术应用 ２００ 例》
２６５ －
机器人技术
新训练权值。
毕业设计文献阅读分析方案(遥操作机器人的时延控制)
毕业设计文献阅读报告遥操作机器人的时延控制日期：2018 年 1 月 13日一、毕业设计相关问题的研究背景遥操作机器人系统由操作者、主端机器人子系统、通信环节、从端机器人子系统和工作环境组成。
操作者指令通过主端机器人、通信环节和从端机器人作用于环境，对环境的感知信息则经过上述环节返回到主端操作者，使主端操作者有身临其境的感觉，从而有效完成操作任务。
遥操作系统能将人所在的主端的命令和行为传到并作用在远端，实现对远端环境的期望的操作和控制，从而极大地提高操作者的安全性和工作效率，节俭成本，更高效合理地利用人力资源，实现多方协调作业等[1]。
随着遥操作控制技术不断成熟，遥操作机器人系统越来越引起学术界和工业界注意。
由于其应用前景越来越广阔，已经成为当今机器人研究领域的一大热点。
在空间探索、海洋开发、远程作业这些人类难以到达或未知环境中，遥操作系统的必要性不断增强；在高空、深海，核环境、生化环境等这些对人体健康有害的环境中，遥操作系统必不可少；在煤矿、建设、军事战场等恶劣环境中，遥操作系统有很好应用前景。
此外，为了实现在这些环境中的复杂作业，被运行的操作任务包括复杂机械和环境的交互作用，要求操作者具有广泛的经验和直接熟练的知识。
这些技能在现阶段不容易被做成模型。
因此对于非结构环境和动态时变环境中的复杂作业由于受到资金、技术水平和运作的不确定性等方面的限制[2]，尤其是工作在危险环境下的机器人，需要人类的不断介入，对遥控装置的作业进行适度的理解、计划和控制。
基于以上原因，遥操作机器人大有用武之地。
1.1、遥操作机器人的发展简况遥机器人技术的发展历程总体上可分为两个阶段：第一阶段是驱动方式的进步，从机械联动发展到电动伺服，基本形式是双向力反应主从操作，应用领域主要是核工业和太空探索；第二阶段是控制方式的进步，八十年代以后，计算机技术、控制理论、人工智能和通讯科学的飞速发展，引导了计算机辅助遥控的出现，即第二代机器人遥操作技术。
遥操作机器人系统时延控制方法研究
遥操 作系统 将人 所在 主端 的命令 信 号通过 远距 离传 输 作 用到从端 ，实现 了对从端 的操作和 控制，从 而极大地提高 操作者 的安全性和工作 效率，节约 了成本 。但是 ，遥操作系 统往往存在 比较大 的时延 ，这些时延会大 大降低系统 的临场 感 和操作性能 ，于是在原有遥操 作系统上，就逐步增加 了力 反馈 信号 。然而 ，这虽然提高 了遥操作 系统的操作性能 ，但 是 由于时延 的存在 ，系统 的稳 定性受到 了影响 。因此 ，解决 通信 时延 问题 已成为遥操作 技术研究的一个重要方 向。
操作者指令通过主端机器人通信环节和从端机器人作用于环境对环境的感知信息则经过上述环节返回到主端操作者使主端操作者有身临其境的感觉从而有效完成操作任务11遥操作机器人系统体系结构遥操作机器人系统由操作者主端机器人子系统通信环节从端机器人子系统和工作环境组成
中国科技 期刊 数据 库 移动 信息
遥操作机器 入系统时延控制方法研究
３结束语
本文 介绍 了遥操作 机器人系统 的基本结构和数 学模 型 ， 针对遥操作通信时延这一 固有 问题 ，研 究了解决时延问题的 几种常用方法 ，并分析 了各 自的优缺点 ，为遥操 作机 器人系 统时延 问题研究打 下了基础 。
ｆ ｅ ＝ Ｍｅ １ ， ＋ ＋ Ｉ ｖ ｓ ｄ ｔ
瑞
｝ 坚
坚
强 铂
端 — —
Ｍ 位 谴 错 船 ｉ
Ｊ ｌ ＝ ｛ ＝
Байду номын сангаас艨 机 抖 精 ： 糍特 性 嚣
帆 器
嚣 拦
凡 儿 镌 孵 理 蛾 特 性 和 球 蝌 成 ／ 和 凡 吧 婀 域 删境 、 带 梅 艘 特镌 、 手 躺 麟％ 、 ｌ
遥操作机器人系统的变时延控制
在已有的解决时延问题的众多方案中 , Smith 预估器由于其设计简单 , 调试方便 , 成为近年来解 决遥操作机器人时延问题的热门方法之一 。比较典 型的方法有以下两种 :
4 改进型 Smith 预估器原理
图 1 预测误差图
三条曲线从上到下依次是 RBF 网络 , 自适应 网络 , 某线性预测模型 。由图可见 , RBF NN 的预 测精度最高 , 其预测误差均方根为 01177 1 。在初 始阶段 , 各神经网络的预测输出与实际值大相径 庭 , 以 RBF 为例 , 预测误差甚至可以达到 100 % 。 所以在实际应用中必须考虑系统的鲁棒性问题 。
Teleoperation Control of an Internet2based Robot with Varying Time Delay
LIU Shu2guang , ZHOU Zong2xi , YANG Feng
(School of Electronics and Information , Northwest Polytechnical University , Xiπan 710072 , China)
1) 改进型单 Smith 预估器原理 对于中低精度 遥操 作 机 器 人 , 通 常 对 输 出 信 号 C ( s ) 的 时 延 exp [ - (β+γ) s ]做出预估即可 。即由 RBF NN 预估 出系统的输出信号 C ( s) 的时延值 exp ( - τs) (其真 值 exp [ - (β+ γ) s ]) ,提供给改进型单 Smith 预估 器 ,再由该 Smith 预估器对 C ( s) 的时延进行补偿 。
机器人遥操作技术
机器人遥操作技术在当今科技飞速发展的时代，机器人遥操作技术正逐渐成为一项引人瞩目的前沿领域。
它不仅为我们的生活带来了诸多便利，还在工业、医疗、航天等众多领域发挥着至关重要的作用。
简单来说，机器人遥操作技术就是让操作人员在远处对机器人进行控制和指挥，使其完成各种任务。
想象一下，你可以坐在舒适的办公室里，通过一系列的设备和通信手段，精准地操控千里之外的机器人进行危险的救援工作，或者在复杂的工业生产线上进行精细的操作，这就是机器人遥操作技术的魅力所在。
要实现机器人遥操作，首先需要有可靠的通信链路。
这就好比是机器人与操作人员之间的“桥梁”，负责将操作人员的指令快速、准确地传输给机器人，同时将机器人的状态和感知信息反馈给操作人员。
在过去，由于通信技术的限制，遥操作往往存在较大的延迟和数据丢失，这严重影响了操作的精度和效率。
但随着 5G 等高速通信技术的发展，通信的实时性和稳定性得到了极大的提升，为机器人遥操作技术的发展奠定了坚实的基础。
在遥操作过程中，操作人员如何获取机器人的状态信息也是一个关键问题。
传感器技术在这里发挥了重要作用。
机器人身上配备了各种各样的传感器，如视觉传感器、力传感器、位置传感器等，它们能够实时感知周围环境和自身的状态，并将这些信息转化为电信号传输给操作人员。
操作人员通过这些信息，就能够像身临其境一样了解机器人所处的环境和工作情况，从而做出更加准确的决策和操作指令。
为了让操作人员能够更加直观、自然地对机器人进行控制，人机交互设备也在不断创新和发展。
传统的键盘、鼠标等设备已经无法满足复杂的遥操作需求，取而代之的是更加先进的手柄、数据手套、动作捕捉设备等。
这些设备能够更加精准地捕捉操作人员的动作和意图，并将其转化为机器人的控制指令。
例如，操作人员戴上数据手套，通过手指的弯曲和伸展，就可以控制机器人的机械手进行精细的抓取动作。
然而，机器人遥操作技术并非一帆风顺，它面临着许多挑战。
其中之一就是操作的准确性和稳定性。
时延双边遥操作机器人系统控制方法
通信链路带宽有限，需要设计 高效的数据压缩和传输策略。
03
控制方法研究与实现
时延补偿算法
基于预测的时延补偿
通过预测机器人未来的状态，提前发 送控制指令，减少时延对操作的影响 。
自适应时延补偿
根据网络状况实时调整控制指令的发 送频率和参数，以适应不同时延情况 。
双边协人在远程医疗、深海探测、太空任务等更 多领域的应用可能性。
THANK YOU
未来研究方向与目标
时延优化 多机器人协同
智能化升级 应用场景拓展
进一步研究如何降低双边遥操作系统中的时延，提高系统的实 时性和响应速度。
将所提出控制方法应用于多机器人协同遥操作系统，实现更复 杂、高效的任务执行。
引入人工智能和机器学习技术，提升双边遥操作机器人的自主 性和智能化水平，降低对人工操作的依赖。
02 03
工作原理
操作者通过主端机器人发出控制指令，指令经通信网络传输至从端机器 人，从端机器人根据指令完成相应任务，并将任务执行情况经通信网络 反馈至主端机器人和操作者。
时延问题
由于通信网络的传输时延，操作者从从端机器人接收到的反馈信息存在 延迟，影响遥操作的控制精度和稳定性。
研究背景与意义
遥操作机器人的应用
创新点与贡献
新型时延估计算法
提出了一种新型的时延估计算法，可实时、 准确地估计双边遥操作系统中的时延。
自适应控制策略
设计了一种自适应控制策略，可根据时延估计结果 自动调整控制参数，确保系统的稳定性和性能。
多样化实验验证
通过设计多种实验场景和任务，对所提出控 制方法进行了全面、深入的验证，展示了其 在不同应用场景下的潜力。
02
时延双边遥操作机器 人系统基本原理
空间机器人大时延遥操作技术研究综述
１ 空 间 机 器 人 遥 操 作 控 制 方 式 分 类
从２ ０世 纪 ６ ０年代 开 始 应 用 到 现 在 ， 间机 器 空 人 的应用 领域 在 不 断 扩 大 ， 最 初 的 星球 表 面 探 测 从
到现 在完 成航 天器 在 轨装 配 和 维 修 、 行 各 种 舱 内 进 科学 实验 等 ， 任 务 的复杂 度 和精度 都在 不 断提 高 。 其 能够 对环 境进 行感 知 、 高度 自主 、 全代 替人类 从 事 完
机器 人 代 替 宇航 员 完 成 各 种 复 杂 的 空 间 任 务 。 。 空 间机器 人 是在 大气 层 内外从 事空 间作 业 的各 种机
器人 的总称 。 பைடு நூலகம்
上提 出空 问机 器人 遥操 作技 术 的发 展趋 势和研 究方
向， 以及对 我 国空 间 机 器人 大 时延 遥 操 作 技 术 的研
关 键 词 ：空 间 机 器 人 ；遥 操 作 ；基 于 虚 拟 预 测 环 境 遥 操 作 ；双 边 遥 操 作
中 图 分 类 号 ：Ｔ ２２ ３ Ｐ４ ． 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ ３８ ２ １）２０９—８ ０ ０１２ ｆ０００ —２９０
ＤＯＩ １ ． ８ ３ ｉ ｉ ｎ １ ０ — ３ ８ ２ １ ０ ０ １ ： ０ ３ ７ ／ ． ｓ ． ０ ０ １ ２ ． ０ ０． ２． ０ ｓ
作 是 发 挥 空 间 机 器 人 作 用 的关 键 。从 基 于 虚 拟 预 测 环 境 遥 操 作 和双 边 遥 操 作 两 个 方 面 ， 国 内 外 空 间 机 器 人 大 时 对 延 遥 操 作 技 术 研 究 进 行 了 系 统 的 综 述 和 深 入 的分 析 ， 在 此 基 础 上 提 出 了进 一 步 的发 展 方 向。 并
遥操作时延问题控制方法分析
遥操作时延问题控制方法分析作者：孟蒙宁祎来源：《电脑知识与技术》2018年第21期摘要：目前，虽然遥操作已经被广泛应用于许多领域。
但是由于受到当今计算机处理能力，科学技术发展水平等的限制，遥操作中仍然面临着大时延问题。
因此该文主要针对解决大时延问题的方法展开讨论。
总结传统的经典控制方法的同时，引入模糊PD控制方法并进行介绍。
关键词：遥操作；大时延技术；模糊PD控制中图法分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）21-0009-04Abstract： At present， teleoperation has been widely used in many fields. However， due to the limitations of today's computer processing capabilities， scientific and technological development levels， etc.， remote operation still faces large delays. Therefore， this paper focuses on the solution to the problem of large delays. At the same time of summarizing the traditional classical control method， the fuzzy PD control method is introduced and introduced.Key words： remote operation； large delay technique； fuzzy PD control1 背景对遥操作系统的研究最早出现于20世纪的40年代，随着科技的不断进步，对遥操作有了进一步的研究。
遥操作机器人系统克服时延影响的关键技术
收稿日期:2004204215.作者简介:陈俊杰(19582),男,教授;南京,东南大学仪器科学与工程系(210096).E 2mail :chenjj @基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目(2002AA742048);中国博士后基金资助项目(2003034368);江苏省高校科学研究指导性计划资助课题(03K JD510163).遥操作机器人系统克服时延影响的关键技术陈俊杰1,2 黄惟一1(1东南大学仪器科学与工程系,江苏南京210096;2南通工学院自动化系,江苏南通226007)摘要:综述了遥操作机器人系统克服时延影响的关键技术及其最近的研究进展;指出基于虚拟现实技术的遥操作机器人系统是其今后研究和发展的主潮流;认为致力于设计并研究对几何建模误差和动力学建模误差均具有鲁棒性的遥操作机器人系统,有效地解决系统通信时延问题,使其系统稳定,并具有良好的可操作性,才是切实可行办法.关 键 词:遥操作机器人;时延;无源控制;虚拟现实;鲁棒性中图分类号:TP242.2 文献标识码:A 文章编号:167124512(2004)S120187204K ey technologies of overcoming time 2delay infection for telerobot systemChen J unjie Huang WeiyiAbstract :Time 2delay problem is chief problem of desiderating to settle in telepresence telerobot system.In this paper ,the key technologies and its latest researching headway of overcoming time 2delay infection for telerobot system are summarized.It is pointed out that telerobot system based on virtual reality technology is main tideway of researching and developing for telerobot technology for the future.It is considered that designing and researching of telerobot system having robustness for geometry and dynamic modeling error are effective and practical method for settling communication time 2delay problem in the system ,at the same time pledging the stability of the system and possessing well maneuverability.K ey w ords :tele 2robot ;time 2delay ;passive control ;virtual reality ;robustnessChen Junjie Prof.;Dept.of Instrument Sci.&Eng.,Southeast Univ.,Nanjing 210096,China. 将遥操作机器人系统应用于太空活动和深海探测等距离遥远的地方,将大大改善人们对这些领域发展的需求.但远地从机器人与本地操作者之间长达几s 到几10s 不等的通信时延却成为影响系统正常工作的突出问题.这不仅降低了系统的临场感效果,而且造成了系统的不稳定,尤其是在从机器人与环境发生力的交互作用过程中[1,2].为解决此问题,不少研究者作了不懈的努力,采取了多方面的策略,本文对此关键技术作一回顾,并提出相应的对策,以助于今后的研究.1 基于电路网络理论的无源控制法则 1989年,S.Raju 首先提出用二端口网络理论分析遥操作系统的方法[3],将遥操作系统与电路网络进行类比,并且通过分析指出影响系统不稳定性的原因在于通信时延造成了传输线的有源性,使人们认识到使有通信时延的遥控作业系统稳定是可能的,关键是控制远地和本地之间的通信环节,使其具有无源传输线的性能.此后,许多研究者对遥操作机器人系统稳定性的分析大都采用二端口网络的无源性定理,通过设计不同的控制算法,实现无源通信法则来实现系统的稳定.其中主要的是利用散射理论和波变量理论.1.1 散射理论和波变量理论最具代表性的是1989年R.J.Anderson 和M.W.Spong 利用二端口网络的散射理论,提出了一套能保证系统在任何时延下稳定性的无源控第32卷增刊 华 中 科 技 大 学 学 报(自然科学版) Vol.32 Sup.2004年 10月 J.Huazhong Univ.of Sci.&Tech.(Nature Science Edition ) Oct. 2004制算法[1]以及G.Niemeyer和J.J.Slotine在1991年提出波变量的概念,利用能量流理论来解决传输线的有源性,从而保证系统在任何时延下的稳定性而提出的控制算法[4],两种控制算法本质上是类似的.实际上,日本的Y.Y okokohji等亦利用基于散射理论和波变量理论的二端口网络的无源性对系统进行分析和设计,并注重对系统控制策略和系统性能进行深入地研究,以求解决通信时延问题[5].S.Tachi对临场感的完美形式作了总结说明,并构造了实验系统进行了验证[6].1.2 Hannaford的实验研究B.Hannaford于1993年构造了一个实验系统,对采用无源控制法则的遥操作机器人系统在通信时延下的运行性能进行了实验研究[7].结果表明,无源理论能有效地保证遥操作机器人系统在任何时延下的稳定性.但是,这种稳定性的获得是以降低系统的运行性能,即操作者在系统中的临场感知能力为代价的,其结果是随着通信时延的增大,机器人的位置跟踪误差和力反馈信息的稳态误差增大,完成作业的时间加长.操作者难以正确地感知环境,极易发生误操作.因此B.Han2 naford指出今后的研究应同时考虑稳定性和运行性能两个方面来解决通信时延的影响,只有操作者正确的感知,才能有操作者正确的决策,稳定性才有意义.2 基于现代控制理论的控制算法加拿大多伦多大学的Y.Strassberg和A.A.G oldenberg等人则利用现代控制理论中的李亚普诺夫稳定性判据分析临场感系统的稳定性条件[8].D. wrence针对稳定性和临场感特性在时延下的不协调,提出了“无源距离(passivity distance)”和“透明距离(transparency distance)”的概念,用以指导临场感系统的设计[9].G.M.H. Leung和B. A.Francis等人利用基于“无源距离”和“透明距离”的综合评价法(μ2synthesis)设计临场感系统的结构,并利用H∞最优控制理论指导时延下临场感系统中控制器的设计[10].基于现代控制理论的系统设计方法以解决通信时延是具有潜在生命力的方法,但由于目前现代控制理论的不完善和其系统实现上的困难等原因,它对解决遥操作机器人系统的通信时延问题存在着许多实用性困难.3 基于虚拟现实技术的控制结构和控制算法 以上两个方向上所提出的方法是基于电路的网络理论和现代控制理论,通过设计不同的控制算法来克服时延保证系统稳定的.实际上,许多的理论分析和实验结果,特别是Hannaford的实验研究证实,基于电路网络理论的无源通信法则所实现的控制算法对解决短时延问题具有较好的效果,而在长时延的情况下,要实现在保证系统稳定时又同时具有良好的可操作性则显得无能为力,并且由于现代控制理论的不完善和其系统实现上的困难等原因,基于现代控制理论所提出的各种控制算法亦未能较好地解决系统通信时延问题.因此,许多研究者将注意力转向了虚拟现实技术,提出将虚拟现实技术用于遥操作机器人系统克服通信时延以确保系统的稳定性和可操作性得以同时实现.在此值得强调的是,基于虚拟现实技术的遥操作机器人系统将是今后研究和发展的主流.3.1 模型修正法模型修正法是虚拟现实技术用于临场感遥操作机器人系统的主要方案,到目前为止,不少研究者仍在这个方案上给予很大的关注.1984年,G.Noyes和T.B.Sheridan设计了用于遥操作的第一个视觉预测显示系统.在该系统中用机械手的计算机仿真模型叠加在经时延后反馈的机械手视频图像上,仿真模型和操作者之间实时交互,用以预测远处环境中机械手的运动.实验证明,该方法可以极大地提高系统的操作性能[11].1991年,W.S.K im和A.K.Bejczy等人在美国NASA的J PL实验室设计了“力觉临场感遥控机器人仿真系统”,通过模拟预测远地现场环境和机器人的运动提供给操作者实时的视觉反馈和力觉反馈[12].同年,F.S.Schebor和J.L.Tur2 ney在美国NASA的KMS实验室设计了“遥控机器人环境模拟器(G L ETS)”.G L ETS使操作者置身于一个实时的、交互式的、模拟的和视觉可调的远距遥控机器人工作现场的虚拟环境中[13].1992年,T.K ototu等人基于A.K.Bejczy在1990年提出的“幻影机器人(the phantom robot)”的思想,给虚拟从手加入了力反馈.从而使控制稳定,而且从手的运动比仅靠图形显示判断接触力时快了三倍[14].而德国针对空间机器人研究建立了实验装置RO TEX,该装置具有远地环境的三维计算机预测能力和立体显示,并指出预测显示技术881 华 中 科 技 大 学 学 报(自然科学版) 第32卷是目前解决大的传输时延问题的强有力的手段,同时特别强调了虚拟环境的建模和修正[15].在以上所提出的诸多方法中,都需要建立机器人及其环境的精确的几何模型和动力学模型,才能确保系统的稳定性和良好的可操作性.3.2 “虚拟夹具”法针对非结构化环境无法精确建模的问题, 1993年L.Rosenberg提出采用“虚拟夹具(virtual fixtures)”的方法,不需要对环境建立虚拟模型就可以解决遥操作系统的时延及力反馈问题[16].这些“虚拟夹具”实际上是一些在主端虚拟世界中生成的加罩在虚拟工作空间端面上的抽象的传感数据,并且它们仅与操作者(人)交互.它们可以与实际工作现场中的物体一样占居相同的物理空间而没有几何和物理上的约束.后来,L.Rosenberg又把“虚拟夹具”用于提高“插销入孔”遥控任务的性能,结果表明,当不使用“虚拟夹具”且时延是450 ms时,运动时间增加45%,而“虚拟夹具”的使用却提供了有效的控制(定位),使其定位误差减少到大约3%[17].3.3 建模误差的鲁棒性法模型修正法需要建立机器人及其环境的精确的几何模型和动力学模型,才能确保系统的稳定性和良好的可操作性,其方法费时、费力,而且难度较大.而“虚拟夹具”法的数据计算量、实时性和适用性等方面都存在着难以解决的问题.因此, 1996～1997年间,Y.Tsumaki等人设计对几何建模误差和动力学建模误差均具有鲁棒性的控制结构和控制算法的初步框架[18].2000年,T.Hi2 rai等人又提出通过建立远地工作地点的基于传感器的运动规划,操作者可选择合适的虚拟从手的运动序列,通过主端操作器操纵从端机械手,其控制方法对建模误差具有较强的鲁棒性[19].2001年,M.Zefran等人又将虚拟现实遥操作机器人系统看成是混杂控制系统,并初步提出了其模型框架,分析了其稳定性.其目的是为今后设计其鲁棒性系统提供一般的、基本的思路[20].4 展望遥操作机器人系统中的时延问题是目前亟需解决的首要问题.自从80年代由于空间技术和海洋技术发展的需求而得以重视以来,人们从三个不同的思路出发加以研究解决:基于电路网络理论的无源控制法则、基于现代控制理论的控制算法和基于虚拟现实技术的控制结构和控制策略.但笔者认为,从目前及今后较长一段时间的技术发展水平看,利用虚拟现实技术,设计出对几何建模误差和动力学建模误差均具有鲁棒性的系统控制结构和控制算法的遥操作机器人系统,才是有效地解决系统通信时延问题,使其系统稳定,并具有良好的可操作性的切实可行的办法.可以预计:采用这种方案,遥操作机器人系统的时延问题将会在不太长的时间内得以有效地解决,所实现的虚拟现实遥操作机器人系统,将极大地改善遥操作机器人的作业能力,人们可以将自己的智慧同机器人的适应能力相结合而完成复杂的作业任务.参考文献[1]Anderson R J,S pong M W.Bilateral control of teleop2erators with time delay.IEEE Trans.on Automatic Control,1989,34(5):494～503[2]Bejczy A K,K im W S,Venema S C.The phantomrobot:predictive displays for teleoperation with time de2 lay.Proc.of the IEEE Int.Conf.on Rob.and Auto., Piscalway;IEEE Inc.,1990.546～551[3]Raju G.Design issue in22port networks models of bilat2eral remote manipulation.IEEE Trans.on Auto.Con2 trol,1989,34(3):1316～1321[4]Niemeyer G,Slotine J J.Stable adaptive teleoperation.IEEE J.of Oceanic Engineering,1991,16(1):152～163[5]Y okokohji Y,Y oshikawa T.Analysis of maneuverabili2ty and stability for master2slave system.Proc.of USA2 Japan Symposium on Flexible Automation,Boston: Compulatural Publications,1988.433～440[6]Tachi S,Arai H,Maeda T.Tele2existence master2slavesystem for remote manipulation.Proc.of29th Conf.on Decision and Control,Massachusetts:Addison2wesley Publishing Company,1990.85～90[7]Hannaford B.Performance testing of passive communi2cation and control in teleoperation with time delay.Proc.of the IEEE Int.Conf.on Rob.And Auto., Piscalauay:IEEE,Inc.,1993.776～783[8]Strassberg Y,G oldenberg A A,Mills T K.A new con2trol scheme for bilateral teleoperating system:Lyapunov stability analysis.Proc.of the IEEE Int.Conf.on Rob.And Auto.,Piscalaway:IEEE,Inc.,1992.837～842[9]Lawrence D A.Stability and transparency in bilateralteleoperation.IEEE Trans.on Rob.and Auto.,1993, 9(5):624～637[10]Leung G M H,Francis B A.Bilateral controller forteleoperators with time delay viaμ2synthesis.IEEE981增刊 陈俊杰等:遥操作机器人系统克服时延影响的关键技术 Trans.on Rob.and Auto.,1995,11(2):105～116 [11]Sheridan T B.S pace teleoperation through time delay:review and prognosis.IEEE Trans.on Rob.and Au2to.,1993,9(5):959～606[12]K im W S,Bejczy A K.Graphic displays for operatoraid in telemanipulation.Proc.of IEEE Int.Conf.onRob.and Auto.,Piscalaway;IEEE,Inc.,1991.1059～1067[13]Schebor F S,Turney J L.Realistic and consistenttelerobotic simulation.Proc.of IEEE Int.Conf.onRob.and Auto.,Piscalaway;IEEE,Inc.,1991.889～894[14]K otoku T,K omoriya K,et al.A torce dis play for vir2tual environments and its evaluation.Proc.of IEEEInt.Workshop on Robot and Human Communication,Piscalaway;IEEE,Inc.,1992.246～251[15]Hirzinger G,Heindl J,et al.Multisonsory shared au2tonomy—a key issue in the s pace robot technology ex2 periment RO TEX.Proc.of IEEE/RS J Int.Conf.onIntelligent Robots and Systems,Piscalaway;IEEE,Inc.,1992.221～230[16]Rosenberg L.The use of virtual fixtures to enhancetelemanipulation with time delay.Proc.ASMEWAM,Massachusetts:Addison2Wesley PiblischingCompany.,1993.29～36[17]Rosenberg L.virtual fixtures:perceptual overlays en2hance operator performance in telepresence tasks:[Ph.D.]Thesis,Stanford Univ.,Stanford,CA,p.214,Aug.,1994(see also http:∥WWW.SUL./depts/eng/theses.H2tml)[18]Tsumaki Y,Uchiyama M.A model2based space tele2operation system with robustness against modeling er2 rors.Proc.of IEEE Int.Conf.on Rob.and Auto.,Piscalaway:IEEE,Inc.,1997.1594～1599 [19]Hirai T,Ikuta T,Noborio H.A teleo peration systembased on generation of artificial force and sensor2basedmotion2planning.Proc.of the IEEE/RS J Int.Conf.on Intelligent Robots and Systems,Piscalaway:IEEE,Inc.,2000.1179～1186[20]K ammermeier P,Buss M,et al.Multi2model sensoryfeedback based on a mathematical model of human per2 ception.Proc.of the IEEE/RS J Int.Conf.on Intelli2 gent Robots and Systems,Piscalaway:IEEE,Inc.,1999.1537～1542091 华 中 科 技 大 学 学 报(自然科学版) 第32卷。
基于克服时延的空间遥操作控制方法综述
基于克服时延的空间遥操作控制方法综述XS09012069 胡天健摘要：空间遥操作的核心问题是克服通信时延，目前关于空间遥操作控制的相关研究均是围绕这一问题展开的。
本文首先简要介绍了空间遥操作的发展历程及其基本结构；而后针对克服通信时延问题，回顾并总结了现有的空间遥操作控制方法；最后提出了基于克服遥操作通信时延控制方法的可能的发展方向。
关键词：空间遥操作时延虚拟现实鲁棒性1.空间遥操作概述机器人遥操作是一种实现人与机器人远程交互的技术手段，其目的在于将操作者对环境的操作延伸到其不易或不宜到达的地方，从而大大拓宽人手操作的范围。
随着航天事业的兴起和相关理论技术的发展，机器人遥操作技术与空间技术相结合，已广泛应用于空间站的建立、维修，星球表面的探测，卫星的回收、释放等任务中，形成了控制领域一类新兴的研究热点——空间遥操作技术。
空间遥操作技术在空间探索、在轨服务乃至空间军事对抗领域具有极其重要的价值。
早在20世纪80年代，美、日和西欧各国就开始进行相关理论研究和工程实践。
1993年，美国NASA研制出具有初步临场感效果的遥操作机器人FTS系统和DTF-1系统，并将其搭载在航天飞机上进行空间作业任务实验；同年，欧空局研制出的空间机器人ROTEX首次在航天飞机上进行了空间实验；1996年，美国发射了火星探路者号，其中装有火星漫游机器人Sojourner，虽然其漫游范围仅有几十米，但已是空间遥操作应用的标志性一步；1997年11月，日本发射了ETS-V II型装载有空间机器人的卫星，并进行了初步的遥操作实验；1999年，日本同德国DLR合作在ETS-V II上完成了空间遥操作实验；2007年，美国发射了其“轨道快车”（Orbit Express）计划，成功演示了空间自由飞行机器人自主分离、接近、对接、捕获、更换部件等自主在轨服务操作。
我国于1993年开始进行空间遥操作的相关研究工作，并于1996年由国家高技术研究发展计划（国家863计划）将其列为关键技术加以研究。
时延下遥操作机器人系统H∞鲁棒控制研究
ＡＢＳＴＲＡＣＴ ：ｎ ｒ ｅ ｏ ｅｉ ｎ ｔ ｒｒ ｄ ｅｔ ｅ ｅｆｃ ｆｔｍｅ ｄｅａ ｎ ｎ ｅ ｔｉ ｙ ｏ ｅｅ ｐ ｒ ｔｏ ｓ ｓｅ ， ａ Ｉ ｏ ｄ ｒｔ ｌｍｉ ａｅ ｏ ｅ ｕｃ ｈ ｆｅ ｔｏ ｉ ｌｙｓａ ｄ ｕ ｃ ｒａｎｔ ｎ ａ ｔｌｏ ｅ ａｉｎ ｙ ｔ ｍ ｎ ａ ｐ ｏ ｃ ｓｐ ｐ ｓ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｘ ｄ — ｓ ｎｓｔｖｔ ｐ ｒ ａ ｈ ｉ ｒ ｏ ｅ ａ ｅ ｎ ｍｉｅ ｏ ｅ ｉｉｉｙ Ｈ ｒ ｂ ｔｃ ｎｒ ｌｔｅ ｒ ｏ ｄ ｓｇ ｈ ｓ ｔｒ ｏ ｌ ｖ ｏ ｔｏｌｒ ｏ ｕｓ ｏ ｔｏ ｈ ｏ ｙ ｔ ｅ ｉｎ ｔｅ ｍａ ｅ ｒｓａ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｅ ，
机器人遥操作系统控制技术
机器人遥操作系统控制技术1. 引言1.1 概述机器人遥操作系统控制技术是近年来快速发展的一项前沿技术，它允许人们通过远程方式对机器人进行操控和控制。
遥操作系统通过传感器技术、控制算法以及实时通讯协议等组成要素，实现了人与机器人之间的无线连接和高效交互。
该技术在各个领域都有广泛应用，如工业制造、医疗保健、教育科研等，为提高生产效率和解决现实问题提供了有效的解决方案。
1.2 文章结构本文将从以下几个方面对机器人遥操作系统控制技术进行阐述。
首先，在第二部分将概述该技术的定义与分类，并回顾其发展历史和主要应用领域。
接着，在第三部分中将详细介绍遥操作系统的组成要素及原理，包括传感器技术、控制算法介绍和实时通讯协议等。
然后，在第四部分将探讨远程操控方法与技术选择，比较直接操控与自主导航的优劣并介绍关键技术选择标准和方法，同时还会讨论物联网在遥操作中的应用。
最后，在第五部分将展望机器人遥操作系统控制技术的未来发展，并探讨人工智能在遥控系统中的应用、自动化水平提高带来的挑战以及全球合作下可能产出的成就。
1.3 目的本文旨在全面介绍机器人遥操作系统控制技术，深入探讨其组成要素和原理，并提供远程操控方法与技术选择的指导。
同时，本文将对该技术未来发展进行展望，指出人工智能在其中的应用方向以及可能面临的挑战，并呼吁全球合作以推动该领域取得更多成果。
通过本文的阐述和分析，读者将对机器人遥操作系统控制技术有更深入、全面的了解，并为相关领域从业者和研究者提供参考和借鉴。
2. 机器人遥操作系统控制技术概述2.1 定义与分类机器人遥操作系统控制技术是指通过远程手动操纵或者自动化程序，对机器人进行操作和控制的一种技术。
根据应用领域的不同，可以将机器人遥操作系统控制技术分为军事、医疗、工业、教育等多个分类。
2.2 发展历史机器人遥操作系统控制技术的发展始于20世纪中期，当时主要应用于军事领域。
随着科技的进步，这项技术逐渐扩展到其他领域。
基于网络的遥操作机器人系统传输时延研究
行 了分 析 ． 并给 出 了针对 丢 包 问题 的 解 决 方案 ， 时基 于 Ｍ ｔ ｂ仿 真 实验 验 证 了该 方 案 的 有 效性 和 可靠 性 。 同 ａｌ ａ
ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ａ ａ ａｙ ｉ ｎ ｐ ｅ ｅ ｔ ｍｅｈ ｄ ｏ ｅ ｏｖ ｔ ｅ ｒ ｂｅ ｘ ｅ ｉ ｎ ｄ ｔ ｎ ｌｓｓ ａ ａ ｄ ｒ ｓ ｎ ｓ ａ ｔ ｏ ｔ ｒ ｓ ｌｅ ｈ ｐ ｏ ｌｍ ｏ ｄ ｔ ｌ ｓ ｗｈ ｌ ｔｓｉ ｎ ｈ ｖ ｌ ｉ ａ ｄ ｆ ａａ－ ｏ ｅ， ｉ ｅ ｔ ｇ ｔ ｅ ａ ｄ ｏ ｒ ｓ ｌ ｅ ｔ ｅ ｐ ｏ ｌｍ ｆ ｄ ｔ — ｏ ｅＦ ｒｔ ｉ ｉ ｔ ｄ ｃ ｓ ｔ ｅ ｃ ｍｐ ｓｎ ｎ ｈ ｏ ｙ ｆ ｔ ｅ ｔｌｒ ｂ ｔｃ ｉ ｔ ｏ ｓ ｔ ｅ ｏ ｖ ｈ ｒ ｂ ｅ ｏ ａａ ｌ ｓ ． ｉ ｔ ｎ ｒ ｕ ｅ ｈ ｏ ｏ ｉ ｇ ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｏ ｈ ｅ ｅ￣ ｏ ｉｓ ｎ ｓ ｏ ， ｇ ｎ ｒ ． ｅ ａ ｏ ｗａ ｅ ｓ ｏ ｉ ｄ ｙ ｅ ｅ ａ Ｔ ｎ ｓ ｆ ｒ ｉ ｃ ｍｐ ｌ ｂ Ｖｉｕ Ｃ＋ ６ ０ ｏ ｒ ｔ ｓｉｇ ｉ １ｈ ｔ ｅ ｓａ ｌ ＋ ． ｆ ｅ ｔ ｔ ｎ ｍｅ－ ｅａ ． ｉａ ｌ ｉ ｏ ｓ ｄ ｅ ｅ ｒｓ ａｃ ｏ ｄ ｌ ｙＦ ｎ ｌ ｙ ｔ ｄ ｅ ａ ｅ ｐ ｒ ｅ ｅ ｒｈ ｎ
ｒ ｌ ｂ ｌ ｆ ｔ ｅ ｍｅ ｈ ｄ ｂ ｓｎ ｒ ｂ Ｓ ｍｕ ｉ ｋ ｅ ｉ ｉ ｔ ｏ ｈ ｔｏ ｙ ｕ ｉｇ Ｍａ ａ ｉ ｌ ． ａ ｉ ｙ ｌ ｎ
遥操作机器人存在时延的位置控制研究
2004年1月农业机械学报第35卷第1期遥操作机器人存在时延的位置控制研究*巩明德 赵丁选 宫文斌 黄海东 孙 晓 【摘要】 以电液伺服遥操作主从机器人为控制对象,在系统存在时延的条件下,实现机器人从动机械手位置和姿态行程跟随主手操纵柄位置的控制。
通过建立电液比例阀控制不对称液压缸的数学模型,分析了Smit h 数字控制器的原理和实现方法,并与传统的控制方法进行了对比研究。
针对不同时延进行了仿真试验,仿真结果表明,该方法对电液伺服遥操作机器人的位置控制具有良好的效果和较强的鲁棒性,证明了方法的有效性。
关键词:遥操作机器人 时延 自动控制 临场感中图分类号:T P 242.2文献标识码:APosition Control of Telerobot with Time DelayGong M ing de Zhao Ding xuan Gong W enbin Huang H aidong Sun Xiao(J ilin University )AbstractIn co ndition of tim e delay ,taking an electr on hy draulic serv o master-slave telerobotic sy stem as objectiv e of research w ork,w e implem ented the slave manipulator's tr acking the po sition and po sture of the master one .By a self -developed model of an electron hy draulic pr opo rtio nal valve co ntrolled,dissymm etrical hy draulic cy linder ,the theor y and the realized method to Smith digital co ntroller w ere analy zed and compared w ith the traditional contro l m ethod.T he simulating ex p-er im ents of different time delay w ere carr ied o ut and the result indicated that the method had a pr efer able contr ol effect and obviously r obusticity to electro n hydr aulic serv o telerobotic position co ntrol sy stem.Key words Telerobot,Time delay ,Autom atic co ntro l,T elepresence收稿日期:20020628*国家“863”智能机器人主题资助项目(项目编号:98230103)和教育部“优秀青年教师资助计划”资助项目(2003)巩明德 吉林大学机械科学与工程学院 讲师 博士生,130025 长春市赵丁选 吉林大学机械科学与工程学院 教授 博士生导师宫文斌 吉林大学机械科学与工程学院 副教授黄海东 吉林大学机械科学与工程学院 副教授孙 晓 吉林大学机械科学与工程学院 副教授 引言时延是遥操作机器人控制中普遍存在的问题,由信息传输和系统本身滞后特性产生的影响会给遥操作系统带来严重的问题。
遥操作机器人的时延控制毕业设计开题报告
毕业设计开题报告遥操作机器人的时延控制一、课题研究背景1.1、遥操作机器人系统概述遥操作机器人系统由操作者、主端机器人子系统、通信环节、从端机器人子系统和工作环境组成。
操作者指令通过主端机器人、通信环节和从端机器人作用于环境，对环境的感知信息则经过上述环节返回到主端操作者，使主端操作者有身临其境的感觉，从而有效完成操作任务。
遥操作系统能将人所在的主端的命令和行为传到并作用在远端，实现对远端环境的期望的操作和控制，从而极大地提高操作者的安全性和工作效率，节俭成本，更高效合理地利用人力资源，实现多方协调作业等[1]。
最早的遥操作系统用于地面平台对太空设备的控制上[2],由于电磁波传播速度及信号收发处理方面等的局限性，遥操作系统往往存在比较大的时延。
这些时延会给系统的知觉感受和操作性能带来极大影响[3]，于是在原有遥操作系统上，就逐步增加了力反馈信号。
然而，这虽然提高了遥操作系统的操作性能，但是由于时延的存在，系统的稳定性受到了影响。
因此，控制器的设计除了要保证系统的稳定性外，还要克服时延的影响。
1.2、遥操作机器人的研究意义遥操作不同于遥控，它在人控制远方机器人的同时，又必须得到机器人在“知觉”上的反馈。
实现机器人在“知觉”上反馈的办法，就是使用临场感技术。
临场感技术是以人为中心，通过各种传感器将远地机器人与环境的交互信息<包括视觉、力觉、触觉、听觉、运动觉等）实时地反馈到本地操作者<人）处，生成和远地环境一致的虚拟环境，使操作者产生身临其境的感受，从而实现对机器人带感觉的控制，完成作业任务[4]。
事实上，在应用了临场感技术的遥操作机器人系统中，对于操作者来说，意味着他将“沉浸”在远地环境中。
这样，遥操作机器人系统就可以代替人类完成远程环境和危险环境下的任务，保护人类的安全。
在空间探索中，它可以完成卫星修理，空间站维护，月球、火星等行星的勘探等任务；在海洋开发中，它可以完成海洋资源调查，深海打捞，水下电缆修理，海洋钻井平台维护，海底考古等任务；在军事领域，它可以完成战场调查、防化、扫雷、救护等任务；在民用领域，它可以完成核电站维修、远程医疗、远程教育、远程科学实验等任务。