網(wǎng)絡環(huán)境下遙操作機器人系統(tǒng)滑模變結構控制研究.pdf

1、基于網(wǎng)絡的遙操作機器人，可以實現(xiàn)對遠端機器人的遠程操作，它拓展了人類的作業(yè)空間，在遠程醫(yī)療、空間作業(yè)、工業(yè)合作生產(chǎn)等領域都有著廣泛的應用前景。無論從實際應用前景或者理論研究意義來看，這方面的研究都具有巨大的研究價值，并富有挑戰(zhàn)性。除了大規(guī)模的分布式系統(tǒng)的實現(xiàn)本身所存在的各種問題外，還要克服網(wǎng)絡任意時變時延、丟包以及亂序等現(xiàn)象所帶來的穩(wěn)定性、透明度以及控制設計等問題。 本文首先介紹了本課題的研究背景和意義、遙操作機器人系統(tǒng)在國內(nèi)外

2、的研究和發(fā)展趨勢，以及在遙操作機器人系統(tǒng)的研究中所存在的問題和解決的方案。 其次，介紹了基于網(wǎng)絡的遙操作機器人系統(tǒng)的構成及工作原理，進而對具有代表性的單自由度遙操作機器人系統(tǒng)進行了動力學建模，然后從分析系統(tǒng)的動力學方程入手，構造適當?shù)腖yapunov V函數(shù)，并據(jù)此來分析時變時延下系統(tǒng)的處于約束運動狀態(tài)下的穩(wěn)定性。 然后，針對Internet對遙操作機器人系統(tǒng)的影響，對網(wǎng)絡通訊時延進行了分析和研究，用Visual C++

3、軟件編寫了一個測試時延的軟件，完成了對網(wǎng)絡通訊時延的測試，并且提出了減小時延對遙操作系統(tǒng)影響的解決方案，即對時延進行仿真，解決時延的丟包，亂序和抖動的問題。 接著，針對遙操作系統(tǒng)主從端之間存在變化的網(wǎng)絡通訊時延對系統(tǒng)性能的影響，研究了滑模變結構控制(SMC)算法在遙操作機器人系統(tǒng)中的應用，運用飽和函數(shù)來解決滑模變結構所存在的抖振問題，仿真實現(xiàn)了遙操作系統(tǒng)主從端之間位置和力的跟蹤。 緊接著，結合對遙操作系統(tǒng)的控制要求，引入

4、模糊理論，提出了一種新的模糊滑模控制器(FSMC)的設計方法，本文將利用模糊規(guī)則，建立基于等效控制和切換控制的模糊系統(tǒng)，更好的解決抖振問題。 最后，構建了一套單自由度遙操作機器人實驗系統(tǒng)，在該實驗系統(tǒng)上實現(xiàn)了網(wǎng)絡環(huán)境下固定時延和隨機時延的模擬，并在模擬時延的基礎上實現(xiàn)了單自由度遙操作機器人系統(tǒng)力和位置的跟蹤控制。 研究結果表明：本文研究的新型的模糊滑模控制算法具有很好的控制效果和強魯棒性。利用緩沖技術模擬得到的固定時延和