多邊觸覺(jué)遙操作系統(tǒng)絕對(duì)穩(wěn)定性研究.pdf

1、多邊遙操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于協(xié)作遙操作和觸覺(jué)輔助訓(xùn)練等場(chǎng)所。對(duì)于許多任務(wù),通過(guò)兩個(gè)手或多個(gè)操作者合作操作,比一個(gè)操作者單手獨(dú)立操作能獲得更好的性能。通過(guò)采用多用戶接口(主機(jī)器人)和一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程機(jī)器人(從機(jī)器人)的多邊遙操作系統(tǒng),可以讓多個(gè)操作者之間觸覺(jué)信息共享,在遠(yuǎn)程環(huán)境中協(xié)作執(zhí)行任務(wù)。盡管多邊觸覺(jué)遙操作系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn),但是其研究仍處于起步階段。事實(shí)上,多邊觸覺(jué)遙操作系統(tǒng)中,已進(jìn)行深入研究的僅有基于單個(gè)主機(jī)器人遙操作單個(gè)從機(jī)器人的雙邊觸

2、覺(jué)遙操作系統(tǒng)。
　　一個(gè)雙邊觸覺(jué)遙操作系統(tǒng)由一個(gè)操作者,一個(gè)遙操作器和環(huán)境組成。遙操作器包括主機(jī)器人、從機(jī)器人、控制器和主從機(jī)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(shí)變的,一般很難獲取他們的準(zhǔn)確模型。因此,對(duì)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(duì)穩(wěn)定性或無(wú)源性定理來(lái)分析,因?yàn)樗麄儍H需遙操作器的終端是無(wú)源的。
　　類似于雙邊遙操作系統(tǒng),多邊觸覺(jué)遙操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性非常重要

3、。研究多邊觸覺(jué)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(jué)遙操作系統(tǒng)的絕對(duì)穩(wěn)定性,包括以下四個(gè)部分工作:
　　(1)擴(kuò)展Llewellyn's絕對(duì)穩(wěn)定性定理,提出了封閉形式三端網(wǎng)絡(luò)絕對(duì)穩(wěn)定性定理。通常,雙邊遙操作系統(tǒng)的絕對(duì)穩(wěn)定性采用兩端網(wǎng)絡(luò)的絕對(duì)穩(wěn)定性定理(Llewellyn's絕對(duì)穩(wěn)定性定理)來(lái)分析。將該絕對(duì)穩(wěn)定性定

4、理推廣應(yīng)用于三端網(wǎng)絡(luò),需要已知網(wǎng)絡(luò)第三個(gè)端口的終端數(shù)學(xué)模型,然后將三端網(wǎng)絡(luò)降為等價(jià)兩端網(wǎng)絡(luò)后分析絕對(duì)穩(wěn)定性,從而使得該方法具有很強(qiáng)的約束性。因此,需要探索一種三端網(wǎng)絡(luò)絕對(duì)穩(wěn)定性分析方法,無(wú)需知道終端的數(shù)學(xué)模型,而只要其滿足無(wú)源性即可。本論文針對(duì)三邊觸覺(jué)遙操作系統(tǒng)絕對(duì)穩(wěn)定性,將其模型化為一個(gè)三端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)分析,通過(guò)擴(kuò)展Llewellyn's絕對(duì)穩(wěn)定性定理,提出了一類三端網(wǎng)絡(luò)的絕對(duì)穩(wěn)定性定理。詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)第二章。
　　(2)對(duì)于遙操作系

5、統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法,除絕對(duì)穩(wěn)定性外,無(wú)源性也是一種應(yīng)用廣泛的分析方法。通過(guò)對(duì)比分析雙邊遙操作系統(tǒng)絕對(duì)穩(wěn)定性定理和無(wú)源性定理,發(fā)現(xiàn)絕對(duì)穩(wěn)定性定理更加開(kāi)放。對(duì)于三邊遙操作系統(tǒng),本文首先擴(kuò)展Raisbeck's無(wú)源性定理,提出了任意無(wú)源終端條件下三端網(wǎng)絡(luò)無(wú)源性定理,并對(duì)比研究了三端網(wǎng)絡(luò)的無(wú)源性定理和絕對(duì)穩(wěn)定性定理。通過(guò)定理對(duì)比,實(shí)例分析,仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,證明了三邊遙操作系統(tǒng)無(wú)源性定理是一個(gè)更加保守的定理。詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)第三章。
　　(3)針對(duì)

6、傳統(tǒng)的單自由度絕對(duì)穩(wěn)定性分析方法無(wú)法用于分析多自由度系統(tǒng)絕對(duì)穩(wěn)定性的問(wèn)題,研究了適用于m自由度n邊觸覺(jué)遙操作系統(tǒng)的絕對(duì)穩(wěn)定性定理。論文首先通過(guò)兩個(gè)例子,提出進(jìn)行m自由度n邊觸覺(jué)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(diǎn)描述的絕對(duì)穩(wěn)定性分析方法,將m自由度n邊觸覺(jué)遙操作系統(tǒng)建模為一個(gè)m?n端網(wǎng)絡(luò),且每個(gè)端口連接一個(gè)m輸入m輸出的終端,進(jìn)行絕對(duì)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(jué)遙操作系統(tǒng)的

7、絕對(duì)穩(wěn)定性定理。詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)第四章。
　　(4)對(duì)于復(fù)雜靈巧的多自由度遙操作任務(wù),一般采用兩個(gè)具有相同自由度的觸覺(jué)機(jī)器人搭建的遙操作系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù),這對(duì)操作者要求很高,而且任務(wù)精度無(wú)法保障,因此需要探索一種新結(jié)構(gòu)的遙操作系統(tǒng)并研究其穩(wěn)定性。本文首先設(shè)計(jì)了多操作者操縱多個(gè)主機(jī)器人分別遙操作控制多自由度單從機(jī)器人的不同自由度的遙操作系統(tǒng),隨后,對(duì)該多主機(jī)器人/單從機(jī)器人w自由度協(xié)作觸覺(jué)遙操作系統(tǒng),將其建模為一個(gè)兩端網(wǎng)絡(luò),且每個(gè)端口連接到一