复杂环境下多主从遥操作机器人网络控制方法的研究

The research is going to solve the new problems appeared in coordination control of multilateral teleoperators connected with wireless network under complicate environment like nuclear plants. The project puts forward novel control method with eight channels for two masters and two slaves and designs force feedback controller. With the new control method, the operator can adjust the weights of controlling slave robots in real-time according to the requirements of the task and obtain the tactile feedback information from the task side. The project also designs decentralized controller which can automatically match the environment impedance. In order to realize the real-time communication between robots under the complicate environment, the project designs the network schedule algorithm coordinated with the controller to complete random self-adaptive scheduling algorithm. The research of the project can empower the nuclear power plants more safe and free human from the nuclear radiation environment. Meanwhile, it can also provide theoretical guidance for the space exploration, remote search and rescue, and remote operation of the health fields etc.

以核电站检修作业为应用背景，以两主两从遥操作机器人为例，针对复杂环境下多主从机器人网络控制方法进行研究，旨在获得实时、稳定且具有高临场感、全局性能最优的遥操作。项目针对两主两从遥操作机器人提出八通道控制方法及其力反馈控制器设计，根据任务需要操作者可以实时调整对从机器人的控制权值，且获得相应权值的作业现场力反馈，并根据系统稳定条件得到控制器的设计准则；基于网络关联系统分散控制思想，设计融入系统参数的、能自动适用不同阻抗环境的遥操作分散控制算法。为了解决复杂环境下多主从机器人间实时通信问题，采用网络调度算法与控制器协同设计方法，提出面向多主从遥操作机器人控制性能的网络调度算法，把网络资源优先提供给系统中关键度最大的子系统，以保证系统全局性能最优。该研究能够保障核电站安全运行，将人类从核辐射工作环境中解脱出来，同时可为其他领域的遥操作提供理论指导

项目基本按照原定计划进行了复杂环境下双主双从遥操作机器人控制及算法研究。首先，搭建了双主双从遥操作实验平台。为了实现双主双从遥操作机器人的协同配合控制及控制的精确性，研究了同步协同位置控制算法及基于干扰观测器的滑模控制等遥操作机器人控制算法; 其次，为了提高复杂环境下遥操作控制的临场感，项目研究了机械臂末端力测量方法，以便在从端准确测量交互力，并将力反馈传递到主端，反馈给操作者。为了进一步提高复杂环境下操作者的临场感，项目还研究了虚拟现实技术来提高操作者的临场感，搭建了基于虚拟现实的遥操作实验平台；最后，项目还研究了从端机器人定位及路径规划算法。通过以上内容的研究，项目圆满完成了原定目标：以两主两从遥操作机器人为例，针对复杂环境下多主多从机器人网络控制方法进行研究，获得实时、稳定且具有高临场感、能够协同控制的主从机器人遥操作。