【摘 要】
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近年来,在六足机器人系统中加入遥操作技术在救援、勘探等领域有着广泛的应用。由于六足机器人自由度较高,控制难度较大,因此通常采用双操作者的三边遥操作系统,双操作可以对没有经验的操作者进行训练。训练模式分为两种模式,在模式切换时,如何使模式切换的更加平滑,是保证系统稳定的关键。此外训练时,系统主端机器人与操作者、从端机器人与环境端的交互力对系统的有源性有重要影响,通常需要使用传感器对交互力进行测量,但
【基金项目】
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国家自然科学基金青年项目《野外环境下基于多边协同控制及模式切换机制的六足机器人操控研究》(51905136);
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近年来,在六足机器人系统中加入遥操作技术在救援、勘探等领域有着广泛的应用。由于六足机器人自由度较高,控制难度较大,因此通常采用双操作者的三边遥操作系统,双操作可以对没有经验的操作者进行训练。训练模式分为两种模式,在模式切换时,如何使模式切换的更加平滑,是保证系统稳定的关键。此外训练时,系统主端机器人与操作者、从端机器人与环境端的交互力对系统的有源性有重要影响,通常需要使用传感器对交互力进行测量,但由于传感器会增加系统成本,且易产生噪声容易造成系统的不稳定,如何得到遥操作系统交互力信息是较难解决的问题。为了使六足机器人在双操作者的三边遥操作控制系统中具有更好的稳定性,首先针对本文采用的双主端单从端遥操作系统,设计六足机器人三边遥操作系统架构,并对主端机器人和从端机器人进行建模。其次对从端六足机器人足端与地面的接触力进行分析,并通过构建能量函数分析六足机器人遥操作系统环境端的有源性,设计一种基于非线性干扰观测器的交互力估计器,实现对主/从端系统交互力的实时估计。然后在三边遥操作系统中加入权重因子,并设计一种权重因子动态切换算法,保证权重切换时的平滑性。针对六足机器人三边遥操作系统主从端控制器问题,结合交互力估计器和权重因子的动态切换算法设计主/从端闭环系统的控制器,并通过Lyapunov函数确定控制参数取值范围,保证系统全局稳定。最后,通过主端力反馈设备和Vortex组成的半物理仿真平台,对本文提出的交互力估计器和自适应控制器进行实验验证。通过与传统遥操作仿真结果为参照,实验表明在平坦地形下主从端机器人的速度跟踪性提高了54.89%,力跟踪提高了54.55%;在崎岖地形下主从端机器人的速度跟踪提高了10%,力跟踪提高了41.67%,因此证明了所提的三边遥操作控制方法的有效性。
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