双主双从遥操作系统控制算法研究

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在以往的遥操作系统研究中,人们利用单主单从遥操作系统去远程环境执行任务,然而,对与一些需要协调交互才能完成的任务,比如协调搬运等,多主多从遥操作系统具有更高的灵活性,负载能力等优点。本文以双主从遥操作系统为研究对象,对双主从遥操作系统的协调搬运任务进行了研究,提出了一种针对双主从遥操作系统的滑模自适应同步控制算法,保证了系统协调搬运任务的顺利完成。本文针对双主双从遥操作系统的搬运任务,提出了一种滑模自适应控制与同步控制相结合的控制算法,使从端机械臂轨迹稳定跟踪主端机械臂的同时,保证两从端机械臂间的运动协调同步。首先,对主从端机械臂进行了动力学建模,为下文中遥操作系统的控制做铺垫。本课题的双主从遥操作系统主从同构,主从端机械臂为二自由度连杆型机械臂。其次,由于遥操作系统中机械臂建模的不确定性以及位置的外部扰动会影响主从机械臂的轨迹跟踪甚至引起系统的不稳定,本文设计了一种自适应滑模控制算法以增强系统的鲁棒性保证轨迹跟踪的控制精度,并通过Lyapunov方法证明了控制算法的稳定性。仿真和实验结果表明,在从端机械臂建模不确定的情况下,本文提出的自适应滑模控制算法也能保证系统的稳定性及控制精度。最后,在双主从遥操作系统的协调搬运任务中,必须保持从端机械臂相对位置统一,否则会导致被搬运物体掉落任务失败。针对此问题,本文提出一种滑模自适应同步控制算法,该算法是通过将包含位置误差和同步误差的耦合误差引入控制律中,替换位置误差,作为控制器的直接控制变量,从而使从端机械臂轨迹稳定跟踪主端机械臂的同时,保证两从端机械臂间的运动协调同步。仿真结果证明了滑模自适应同步控制算法有更强的协调性,能保证搬运任务的成功完成。
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