本文以美国ROCKY7行星探测机器人为原型，初步研究了预测显示技术的基本实现方法，对滑模控制在带时延主从控制系统中的应用作了大量的仿真及实验研究。仿真结果表明，基于阻抗—滑模控制器的主从系统能有效降低系统对通讯延迟的敏感性，对变化的时延同样具有鲁棒性。目前，探测和开发月球已成为人类最重要的活动之一。为完成月球表面的探测任务，月球探测车是不可缺少的探测工具和手段。通过月球探测车在月球表面的探测活动，人们可以获取月球表面的环境资料，收集月球表面的岩石和土壤标本，为载人登月打下基础，并为月球基地的建立提供技术保障。月球车遥操作中最主要的问题是空间与地面通信中的时间延迟以及有限的数据传输带宽。通信延迟包括遥控指令的延迟和遥测信号的延迟，主要是由光传播速度造成的。时延使连续遥操作闭环反馈控制系统变得不稳定。目前，3D 预测仿真图形是解决大时延遥操作的主要方法，为此需建立月球车和月球环境的预测仿真图形显示系统，在良好人机界面的条件下进行遥操作。同时，双向控制策略能给予操作者力觉临场感，尤其适用于操作任务较复杂的主从控制系统，所以对双向控制方法的研究也十分必要。本文不仅研究了三维可控建模的方法，对双向控制技术也进行了深入的剖析。本文首先介绍了遥操作技术的研究背景及意义，综述了遥操作技术的研究方向和研究现状，其中重点阐述了预测显示技术和双向控制技术。对于各种技术之间存在的相同点和不同点，文章做了概括性的分析，并将它们分为两大类，即基于模型类和基于双向控制类。 <WP=67>然后介绍了月球表面探测的关键性问题，详细阐述了月球车共享控制的基本思想。对月球车远程控制系统的结构进行了深入的分析。根据基于模型和基于双向控制两种控制方式的优缺点，提出了一种新的控制策略，通过在主端增加一个“参考机器人”，操作者与“参考机器人”构成延迟较小的主从控制系统，有效降低了系统对模型的依赖程度，同时操作者的力觉临场感得到显著增强。本文还提出了基于遥编程和基于阻抗—滑模的两种控制结构。其中前者属于基于模型控制范畴，而后者属于双向控制策略。接着阐述了3D预测显示技术的基本思想，提出了一种三维可控模型的实现方法，这种方法先在3DSMax环境建立对象的三维静态模型，然后将三维图像转化为stl文件。读取stl文件的数据信息并写入VC程序，通过OpenGL提供的函数实现对三维模型的控制。同时还设计了预测显示界面的人机交互模块，利用MFC类库编写VC程序实现人与月球车的人机交互。最后对双向控制系统存在的透明度和稳定性问题，利用无源理论对两者进行了理论分析。分析结果表明带时延的双向控制系统与有源二端口网络相对应，控制系统因而不稳定。在系统阐述滑模控制基本理论后，提出了一种主端阻抗控制，从端滑模控制的双向控制策略。其中阻抗控制器能够柔顺操作者发出的控制力，而滑模控制器将通讯延迟作为系统结构的 一个变化参数，抵消系统延迟的影响。仿真结果表明，基于阻抗—滑模的双向控制方法能有效增强系统对时延的不敏感性，系统的透明度也有不错的表现。