一種用于變優(yōu)勢(shì)因子雙人遙操作的波變量求取方法
【專利說明】-種用于變優(yōu)勢(shì)因子雙人遙操作的波變量求取方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于遙操作領(lǐng)域，具體涉及一種用于變優(yōu)勢(shì)因子雙人遙操作的波變量求取 方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 時(shí)延是遙操作領(lǐng)域中必然存在的客觀現(xiàn)象，時(shí)延的存在使得遙操作的穩(wěn)定性和 操作性能都受到了很大的影響，而波變量方法的提出就是針對(duì)時(shí)延遙操作系統(tǒng)，波變量可 以很好的保證在通信傳輸中的系統(tǒng)無(wú)源性，對(duì)于減少時(shí)延對(duì)遙操作的影響具有很重要的意 義。
[0003] 在遙操作領(lǐng)域，傳統(tǒng)的單個(gè)主手單個(gè)從手的操作模式受到了制約。在諸如在軌裝 配等復(fù)雜空間任務(wù)的應(yīng)用領(lǐng)域中，單主手單從手的操作模式很難滿足日益復(fù)雜的任務(wù)。為 此，近年來(lái)越來(lái)越多的學(xué)者提出使用多人共享的操作模式，即一種雙人控制模式。其中包括 兩個(gè)主端和一個(gè)從端。他們之間互相共享自己的位置信息、力信息。這就使得兩個(gè)主端操 作者可以協(xié)同控制從端的運(yùn)動(dòng)，從而減輕了任務(wù)難度，提高操作精度。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 本發(fā)明的目的在于減少雙人遙操作受到的時(shí)延的影響，提出一種用于變優(yōu)勢(shì)因子 雙人遙操作的波變量求取方法。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：
[0006] 1)建立變優(yōu)勢(shì)因子雙人遙操作的主端、從端動(dòng)力學(xué)模型：
[0007] 對(duì)于主端，動(dòng)力學(xué)模型為：
[0010] 對(duì)于從端，動(dòng)力學(xué)模型為：
[0012] 其中，X表示位置;M、B、K分別表示質(zhì)量、阻尼、倔強(qiáng)系數(shù)；Fail表示主端控制器產(chǎn)生 的控制力；Fes表;^從端控制器廣生的控制力；Fh表;^手施加給主端的力；Fe表;^從端施加 給環(huán)境的力；下標(biāo)叫表示主端1，下標(biāo)m 2表示主端2,下標(biāo)s表示從端；
[0013] 期望的主端和從端之間力的關(guān)系是：
[0015] 表示主端1期望受到的反饋力，表示主端2期望受到的反饋力^1、和〇2 分別表示雙人共享控制中的優(yōu)勢(shì)因子；
[0016] 期望的主端和從端之間位置的關(guān)系是：
[0018] 其中，Xsd表示從端的期望位移；α 3表示雙人共享控制中的優(yōu)勢(shì)因子；
[0019] 從端控制器產(chǎn)生的控制力是：
[0021] 其中，Zm是控制阻抗，心表示從端的期望速度，L表示從端控制器產(chǎn)生的控制 力；
[0022] 2)設(shè)計(jì)待傳輸?shù)闹鞫俗兞?br>[0023] 在雙人遙操作中，需要將主端的速度和力信息傳遞到從端，而把從端的速度和力 信息傳遞到主端；
[0024] 當(dāng)優(yōu)勢(shì)因子α3是時(shí)變參數(shù)時(shí)，需要將主端的α 3融合入主端位置信息中，再向從 端傳輸；而由于兩個(gè)主端之間位置靠近，故先在主端進(jìn)行位置信息融合和變量代換，設(shè)計(jì)變 量δ :
[0026] 其中，δ為主端1和主端2向從端傳遞的期望位置信息，選取次:進(jìn)行波變量轉(zhuǎn)換， 此時(shí)古表示向從端傳遞的期望速度信息，其計(jì)算方式如下：
[0028] 將及作為需轉(zhuǎn)換的變量進(jìn)行波變量轉(zhuǎn)換；
[0029] 3)選擇波變量和建立通信模型
[0030] 波變量的選擇如下：
[0032] 其中，11"、Us、vjP V "為主端與從端之間傳輸?shù)牟ㄗ兞?；f "為在主端通過波變量解 算獲得的從端傳輸?shù)牧π畔ⅲ籺為從端的環(huán)境力反饋信息；I為在從端通過波變量解算獲 得的主端傳輸?shù)乃俣刃畔ⅲ?br>[0033] 波變量在信道中傳輸時(shí)會(huì)遇到的通信時(shí)延，由以下通信模型進(jìn)行表示：
[0035] 其中，T表示主端與從端之間的通信時(shí)延。
[0036] 4)波變量的具體實(shí)現(xiàn)
[0037] 通過波變量反解速度與力信息的方式如下：
[0040] 利用微分器將4,、42、4求出后，通過計(jì)算得出之后根據(jù)
得出 Uni;將Uni通過信道傳輸?shù)竭_(dá)從端，成為Us，再在從端利用（1-11)解算出期望速度信息從 端利用（1-9)得出Vs，之后將\通過信道傳輸?shù)竭_(dá)主端，成為Vni，再在主端利用（1-12)解 算出力信息
[0041] 主端與從端之間有一個(gè)通信信道，傳輸Vm，其中Un^Pu sS主端向從端傳 輸?shù)牟ㄗ兞?；\和Vni為從端向主端傳輸?shù)牟ㄗ兞?；b為波阻抗，是正常數(shù)或?qū)ΨQ正定矩陣。
[0042] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：
[0043] 所述步驟2)中，從端的期望位置速度信息，從端的力信息均在波變量中編碼進(jìn)行 傳輸；主端向從端傳輸從端的期望速度信息，主端傳輸?shù)牟ㄗ兞康竭_(dá)從端后，從端進(jìn)行波變 量的解碼即可得到期望速度信息；從端向主端傳輸從端的環(huán)境力反饋信息，在主端進(jìn)行波 變量的解碼即可得到從端的環(huán)境力反饋信息。
[0044] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0045] 本發(fā)明對(duì)多個(gè)主端的位置信息進(jìn)行融合，再進(jìn)行波變量轉(zhuǎn)換，所需傳遞的波變量 信息較少。與傳統(tǒng)的將兩個(gè)主端的位置信息通過各自的通道傳輸?shù)姆椒ㄏ啾?，本發(fā)明只需 要一個(gè)通道傳輸波變量信息。此外，本發(fā)明針對(duì)遙操作中普遍存在的時(shí)延問題，可以很好的 保證其無(wú)源性。本發(fā)明中采用的波變量方法，通過時(shí)延在遙操作系統(tǒng)內(nèi)部中暫時(shí)存儲(chǔ)能量， 從而可以保證遙操作系統(tǒng)無(wú)源性，使遙操作系統(tǒng)具有穩(wěn)定性。 【【附圖說明】】
[0046] 圖1為本發(fā)明主端的I的計(jì)算框圖；
[0047] 圖2為本發(fā)明的波變量示意圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0048] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0049] 參見圖1和圖2,本發(fā)明具體包括步驟如下：
[0050] 第一步：建立變優(yōu)勢(shì)因子雙人遙操作主端與從端的主端、從端動(dòng)力學(xué)模型
[0054] 其中X表示位置，M、B、K分別表示質(zhì)量、阻尼、倔強(qiáng)系數(shù)。Fail表示主端控制器產(chǎn)生 的控制力，F(xiàn)m表示從端控制器產(chǎn)生的控制力，F(xiàn)h表示手施加給主端的力，F(xiàn)e表示從端施加 給環(huán)境的力。下標(biāo)叫表示主端1，下標(biāo)1112表示主端2,下標(biāo)s表示從端。
[0055] 我們期望的主端和從端之間力的關(guān)系是：
[0057] ~表示主端1期望受到的反饋力，表示主端2期望受到的反饋力。a ^ α 2 分別表示雙人共享控制中的優(yōu)勢(shì)因子；
[0058] 我們期望的主端和從端之間位置的關(guān)系是：
[0060] 其中，Xsd表示從端的期望位移；α 3表示雙人共享控制中的優(yōu)勢(shì)因子。
[0061] 第二步：設(shè)計(jì)待傳輸?shù)闹鞫俗兞?br>[0062] 在雙人遙操作中，需要將主端的速度和力信息傳遞到從端，而把從端的速度和力 信息傳遞到主端。采用波變量的方法可以很好的保證在遙操作的穩(wěn)定性。
[0063] 當(dāng)優(yōu)勢(shì)因子α3是時(shí)變參數(shù)時(shí)，需要將主端的α 3融合入主端位置信息中，再向從 端傳輸；而由于兩個(gè)主端之間位置靠近，故先在主端進(jìn)行位置信息融合和變量代換，設(shè)計(jì)變 量δ :