聚变堆遥操作上层协同控制系统设计和测试

为了解决聚变堆遥操作维护上层控制系统普遍存在的软件功能模块过于集中、拓展性差、不具备中层运动规划能力等问题,设计了一种基于机器人操作系统(ROS)的上层协同控制系统。该系统采用分布式架构,基于市场成熟的开发平台进行设计,集成了中层运动规划与动力学虚拟仿真功能。通过“轴销抓取”的实验场景测试的结果表明：该系统满足设计需求,运行稳定。     

基于波变量补偿的阻抗匹配时延双边遥操作

通信时延是遥操作系统中固有的问题,它会严重影响遥操作的性能,降低系统的稳定性和跟踪性。基于无源理论的波变量法可以保证遥操作系统在任意时延下稳定,是解决时延问题的一个重要方法。然而,波变量法带来的波反射会阻扰有用信号的传输,降低了主从端信号的跟踪性,严重时甚至会导致整个系统振荡。针对这一问题,提出了一种基于波变量补偿的阻抗匹配双边遥操作系统结构,旨在减少波反射,提高操作者的临场感和系统的跟踪性。通过仿真实验,结果表明所提方法能够保证固定时延条件下遥操作系统的稳定性,并具有较好的跟踪性。     

遥操作系统的稳定性与透明性分析

遥操作机器人系统的通信通道中存在通信时延,而且机器人模型存在不确定性,以致可能造成系统不稳定和操作性能降低.针对通信时延和系统不确定性,利用鲁棒控制理论,提出用力、位置和速度反馈的控制方法,使得系统稳定,且具有良好的透明性.仿真结果表明了该方法的有效性.     

变时延遥操作交会的Smith模糊控制

针对地面遥操作空间航天器进行交会的情况,研究了变时延条件下遥操作交会逼近段的轨道控制问题.利用根轨迹法分析了时延对遥操作交会控制的影响;通过设计时延缓冲器,将变时延系统转化成了定常时延系统;基于相对轨道动力学方程建立了被控对象的预测模型,利用Smith预测原理设计了定常时延下的多变量Smith预测器,使得控制器与执行器的输入不受时延的影响;同时采用模糊控制方法,以消除模型不确定性等因素的影响;最后,利用半实物仿真系统开展仿真试验,对本文所述方法进行了验证.仿真结果表明,通过采用带时延缓冲器的Smith模糊控制的方法,能有效降低地面遥操作交会过程中变时延以及模型不确定性的影响,提高交会成功率和精度.     

PI控制的有时延遥操作系统仿真平台的建立

对二自由度主从遥操作机器人进行了详细的运动学和运动力学分析,得到了二自由度机器人的状态空间方程,再此基础上建立了遥操作系统中各个子系统详细的数学模型,搭建了一个比较完善的遥操作系统研究的仿真平台.为从端机械臂设计了PI控制算法来控制从机械手,使之跟随主机械手的运动.最后,在该实验平台进行了主从遥操作机械手的位置跟踪和力反馈实验.实验结果说明,当系统存在固定时延时,在本地PI控制器的作用下,从机械手在自由空问运动时,系统具有较好的稳定性和跟踪性能;而从机械手与坚硬的环境交互作用时,遥操作系统的稳定性要受到影响,主从机械手的运动有一定的波动.这就证明了力反馈对有时延遥操作系统的稳定性有不好的影响.但总体上说,在人手对主机械手有一定控制能力的条件下,PI控制器能在一定程度上保证从机械手对主机械手的位置跟踪.     

立体视觉临场感系统的设计和实现

首先分析了立体视觉原理,并设计了全局立体视觉反馈及其平台系统。结合机器人遥操作任务和临场感要求,设计和实现了分路式和分时式两种立体视觉显示系统。利用立体视觉临场感进行了机器人遥操作试验,验证了其在遥操作试验中的作用。     

托卡马克遥操作多功能重载机械臂旋转关节救援机构研究

以多功能重载机械臂中的关键旋转关节潜在的故障为对象，开展关节救援机构的研究。分析了该关节救援机构的概念设计，针对可能的故障提出了一种切实可行的救援机构设计方案。按照简洁、模块化的设计原则，综合考虑救援机构概念设计、救援工况需求和旋转关节内部的空间布局，设计了以救援减速箱机构和电机抱闸开启机构为主体的关节救援机构，同时明确了该关节的救援操作流程。