網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下遙操作機(jī)器人系統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)控制研究.pdf

1、基于網(wǎng)絡(luò)的遙操作機(jī)器人，可以實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)端機(jī)器人的遠(yuǎn)程操作，它拓展了人類的作業(yè)空間，在遠(yuǎn)程醫(yī)療、空間作業(yè)、工業(yè)合作生產(chǎn)等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。無論從實(shí)際應(yīng)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(shí)現(xiàn)本身所存在的各種問題外，還要克服網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(jī)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(jī)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(luò)的遙操作機(jī)器人系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理，進(jìn)而對具有代表性的單自由度遙操作機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了動力學(xué)建模，然后從分析系統(tǒng)的動力學(xué)方程入手，構(gòu)造適當(dāng)?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(yùn)動狀態(tài)下的穩(wěn)定性。 然后，針對Internet對遙操作機(jī)器人系統(tǒng)的影響，對網(wǎng)絡(luò)通訊時延進(jìn)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(luò)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(jìn)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(luò)通訊時延對系統(tǒng)性能的影響，研究了滑模變結(jié)構(gòu)控制(SMC)算法在遙操作機(jī)器人系統(tǒng)中的應(yīng)用，運(yùn)用飽和函數(shù)來解決滑模變結(jié)構(gòu)所存在的抖振問題，仿真實(shí)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(jié)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?？刂破?FSMC)的設(shè)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(gòu)建了一套單自由度遙操作機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下固定時延和隨機(jī)時延的模擬，并在模擬時延的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了單自由度遙操作機(jī)器人系統(tǒng)力和位置的跟蹤控制。 研究結(jié)果表明：本文研究的新型的模糊滑?？刂扑惴ň哂泻芎玫目刂菩Ч蛷?qiáng)魯棒性。利用緩沖技術(shù)模擬得到的固定時延和