遥操作工程机器人系统设计及力反馈控制

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遥操作工程机器人是由人操作的在恶劣环境下作业的工程机械。为了使遥操作系统具有良好的力反馈控制特性,需要实现准确实时的力反馈。为此,本文建立了遥操作工程机器人系统,并对系统的阶跃响应特性、位置跟随特性以及力反馈控制特性进行了实验研究;为改善系统力反馈控制特性,提出了一种基于回归模型的力反馈控制方法,并通过实验验证了其有效性。本文主要研究内容如下:1.确定了遥操作工程机器人系统的总体设计方案;采用类比法设计了工程机器人的抓手结构;利用相似原理将挖机改装成了工程机器人;对遥操作工程机器人的液压系统进行了参数设计;还完成了其电控系统设计2.基于Windows平台,在VC++环境下,用MFC开发了相应的控制软件系统;利用DirectX编程接口实现了遥控手柄与计算机间的通信。3.设计了系统从动手机构的PID串联校正控制器,进行了系统的阶跃响应特性和位置跟随特性等实验研究,实现了较为满意的控制效果。4.空载运行已建立好的遥操作工程机器人系统,得到了抓手机构的位移、速度、加速度等运动参数数据以及空载驱动力数据,利用得到的数据,在Sigma Plot软件平台上分析了这些运动参数对空载驱动力的影响规律,假定了它们之间的多元非线性函数关系;对假定的多元函数关系,利用泰勒展开式对其进行了逼近,采用了非线性回归拟合找到了这些运动参数与空载驱动力之间的最佳回归方程和最优回归系数,最终得到了抓手机构的空载驱动力多元非线性回归模型。5.根据回归模型,设计了基于空载驱动力回归模型的间接力反馈控制方法;利用该方法,在遥操作工程机器人系统上进行了力反馈控制特性实验研究;与常规的间接力反馈控制方法进行对比实验可知:改进的方法提高了力反馈的准确度和同步程度,改善了系统的力反馈控制特性,同时验证了假定的函数关系和得到的回归模型是正确的。本文研究成果对改善遥操作工程机器人力反馈控制特性有借鉴作用。
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