面向在轨服务下的不定大时延遥操作系统研究

发布时间：2020-06-11 01:09

【摘要】：在进行外太空的探索过程中,通过空间站或卫星实施在轨服务,利用遥操作技术进行远程控制机器人来实施各种任务,如桁架组装、插孔任务及模块化物体的更换,由于这一过程中任务较为复杂,既需要精确地控制机器人,也需要通过机器人了解部分未知环境,当出现难以预计的情况时,借助遥操作进行人为干预,双边遥操作控制方法是一种有效的人机合作方式,利用双边控制方法将主从端机械臂和通讯环节纳入同一控制回路,但由于时延会导致系统不稳定且跟踪精度变差,控制系统难以运行,本文围绕着控制系统在不定大时延下稳定性和跟踪性变差的问题展开以下研究.首先,分析了两种较为常规的方法,基于位置PD算法的双边控制和基于从端环境直接接触力反馈的双边控制,对这两种方法均进行建模和系统稳定性参数分析以及透明性的分析,并在此基础上进行了两种算法的Simulink环境下的仿真,并对于参数对系统造成的影响进行分析,同时进行了实物实验,验证了在不定大时延下其综合效果。其次,根据无源理论,在双边控制中采用时域无源性算法,在控制系统中添加了无源性观测器和无源性控制器,实时判定通信环节是否一直处于消耗能量的状态,也就是无源状态,在不满足无源性时,利用串联式控制器或并联式控制器中的可变阻尼参数进行消耗多余的能量,使得系统重新达到无源状态。根据主从端中输入输出的不同情况,在主端中采用串联式控制器对反馈力进行修正,在从端采用并联式控制器对接收速度进行修正,使得系统整体时时刻刻满足无源稳定状态,并进行了 Simulink环境下的算法仿真验证单端口控制器的算法和双端口控制器的算法,仿真结果表明该算法能够进行2秒左右的不定大时延下的遥操作,相对于传统双边控制方法有明显提升。最后,根据所提算法搭建地面试验验证平台,利用三自由度平动手控器作为主端,Falcon手控器作为从端,模拟了在轨服务下的典型的插孔任务,验证了本文方法的有效性。
【图文】：

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ＬｉＥＪ逡逑售’．逡逑图１邋－邋２邋Ｒｏｂｏｎａｕｔ遥j~作系统逡逑（４）逦Ｒｏｂｏｎａｕｔ邋系统－美国邋ＮＡＳＡ逡逑美国宇航局与通用电气公司共同开发的类人形的遥操作机器人Ｒｏｂｏｎａｕｔ，逡逑具有先进的控制技术、灵敏的传感器以及视觉技术，，可由操作者通过采集系统对逡逑３逡逑
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V448.2;V556

【参考文献】

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9 梁斌;杜晓东;李成;徐文福;;空间机器人非合作航天器在轨服务研究进展[J];机器人;2012年02期

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4 张晓锋;空间机器人遥操作系统延时控制策略研究[D];北京邮电大学;2013年

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6 席建峰;大时延遥操作机器人接触作业的双边控制技术研究[D];国防科学技术大学;2004年

本文编号：2707149