遥操作机器人系统主从控制策略

主从式机器人的系统控制策略摘要：本文主要针对主从式机器人的系统控制策略展开了探讨，对机器人的控制作了详细的阐述，并为主从式机器人的控制策略及解算作了系统的分析，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。

关键词：主从式机器人；系统；控制策略0 引言随着科学信息技术的不断应用发展，主从式机器人系统的应用也得到了相应的创新进步。

然而在真正的应用过程中，若要进一步掌握主从式机器人的系统，就必须要采取有效的策略做好系统的控制。

基于此，本文就主从式机器人的系统控制策略进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。

1 机器人控制从工业机器人的系统构成来看，大致可以分为动作部分、检测部分和控制部分，如图1所示。

动作部分相当与机器人手臂、腕部、手指和行走机构足等具有动作功能的部分；检测部分是获得来自于操作对象物、机器人自身以及环境的种种信息，并对其作信息处理来认识对象物，感知自身状态和识别环境的部分；控制部分是基于来自检测等部分的信息，为了使动作部分完成目标操作所承担的控制功能的部分。

图1 机器人系统1.1 机器人控制方式机器人控制器是一个计算机控制系统，它包含高性能计算机，与机器人运动学和动力学建模有密切联系，并以机器人控制技术为理论。

机器人控制器有多种不同控制策略，有非伺服（开环）控制、伺服控制、基于传感信息的控制、最优PID控制、非线性反馈的动态补偿控制、自适应控制、变结构（滑模）控制、模糊控制、分级分散的多臂（或多机器人）协调控制等，但目前实用的多数还是PID伺服控制。

1.2 机器人控制的主要控制变量一台机器人的各关节控制变量。

X（t）表示末端执行装置在空间的实时位置。

只有当关节θ1～θ6移动时，X才变化。

用矢量θ（t）来表示关节变量θ1至θ6。

各关节在力矩C1～C6作用下而运动，这些力矩构成矢量C（t）；矢量C （t）由各传动电动机的力矩矢量T（t）经过变速机送到各个关节。

这些电动机在电流或电压矢量V（t）所提供的动力作用下，在1台或多台微处理机的控制下，产生力矩T（t）。

主从同构穿刺手术机器人遥操作控制策略研究张忠林;熊璟;张东文【摘要】文章在分析了穿刺机器人系统功能需求的基础上，搭建了主从遥操作系统的半实物仿真平台。

基于等效微分变换的思想，提出雅克比矩阵(Jacobian Matrix)方法和比例微分(Proportional-Derivative，PD)控制律的联合控制方法。

通过设计数字滤波器来消除外科医生的手部低频抖动对穿刺手术机器人精度的影响。

实验结果表明从机器人末端执行器在笛卡尔空间坐标下能够精确快速安全地跟随主机器人末端执行器的位置变化，并且主机器人端的手部抖动能够被消除。

%In this paper, a semi-physical simulation platform of the master-slave robot control simulation system was built based on the analysis on functional requirements of the PHANToM OMNI robot system. Based on differential transformation method, the real-time master-slave control was executedby using Jacobian matrix and proportional-derivative(PD) close-loop control algorithm, and the digital iflter was designed to eliminate effects of surgeons’ hand low-frequency tremors on the precision of the master-slave control. The simulation experimental results demonstrate that the slave robot can follow precisely and quickly movements of the master robot and eliminate hand tremors.【期刊名称】《集成技术》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】7页(P81-87)【关键词】穿刺手术机器人;主从控制;雅克比矩阵;PD控制算法;抖动消除【作者】张忠林;熊璟;张东文【作者单位】中国科学院深圳先进技术研究院深圳 518055;中国科学院深圳先进技术研究院深圳 518055;中国科学院深圳先进技术研究院深圳 518055【正文语种】中文【中图分类】TP242遥操作穿刺手术是通过专用手术器械插入患者体内，对患者体内的病灶进行手术操作的外科手术。

遥操作机器人位置反馈型双向伺服控制系统研究韩成浩（1，2），赵丁选1，文 广1，高晓红2，陈伟利21.吉林大学 机械科学与工程学院，长春130022；2.吉林建筑工程学院 电气与电子信息工程学院，长春130021摘要：针对目前双向伺服控制策略中存在的主、从手间位置跟随性差，以及抓取刚性物体时主手所受反馈力冲击过大等问题，提出了一种H∞控制的状态观测器补偿位置型双向伺服控制算法，并进行了计算机仿真和2DOF同构型主从遥操作系统的现场试验。

结果表明，本文所提出的状态观测器补偿位置反馈型双向伺服控制策略能有效地改善力觉临场感和主从位置跟随特性，并能很好地解决反馈力瞬间冲击问题，为力觉临场感遥操作机器人走向实用化提供了宝贵经验和关键技术。

关键词：H∞控制策略；位置反馈型控制算法；鲁棒稳定性；力觉临场感中图分类号：TP242.2 文献标识码：AResearch on Tele-operating Robots PositionFeedback Bilateral Servo Control System Han Cheng-hao1,2,Zhao Ding-xuan1, Wen-guang1,Gao Xiao-hong2,Chen Wei-li21. College of Mechanical Science and Engineering, Jilin University, Changchun 130022,China;2. Electrocal and Electronic Information School, Jilin Architecture and Civil Engineering Institute, Changchun130021,ChinaAbstract: To the problems in bilateral servo control strategy, such as the poor following capability between master and slave arms, and too much feedback force imposed on the master hand when fetching strong objects, this paper proposed a bilateral servo control algorithm, and did the experiments of computer simulation and 2DOF master-slave remote control system. The experiments show that the control strategy proposed in this paper can improve effectively the force and the master-slave position following capability, solve sufficiently the instant force of feedback, and provide the precious experiences and key technology for the practice of remote control robots.Key words：H∞control strategy;position feedback control algorithm; robustness; tele-existence1引言1具有力反馈的双向伺服遥操作系统，可以使操作者真实地感受到机器人与被操作物体以及环境的相互作用，提高系统的操作性能，大大提高工作效率，被广泛地应用于人们难以靠近的高温、高压、强辐射、窒息等极限环境。

智能制造中的机器人操作与控制策略研究智能制造已成为现代工业领域的重要发展方向，其中机器人的操作和控制策略在实现智能制造的过程中起着关键作用。

随着机器人技术的不断进步和应用领域的拓展，如何优化机器人的操作和控制策略，成为了研究人员和企业的重要关注点，旨在提高生产效率和质量，降低成本，并实现智能制造的目标。

一、机器人操作策略机器人操作策略是指在智能制造中，机器人如何根据实际场景与任务需求进行操作的决策和规划。

以下几种常见的机器人操作策略值得研究和应用。

1.路径规划路径规划是机器人操作中的基础问题，主要解决机器人如何在给定的环境中找到一条可行路径，并实现有效的运动。

路径规划可以使用传统的方法，如A*算法、Dijkstra算法等，也可以利用最新的深度学习和机器学习技术进行优化，例如利用强化学习算法来学习机器人在不同环境中的最佳路径选择策略。

2.动态避障在智能制造中，机器人通常需要在存在工人、其他机器人和机械设备的工作环境中进行操作。

因此，机器人操作策略中的动态避障问题是极其重要的。

基于传感器技术的机器人避障方法，如激光雷达、摄像头等，能够实时感知环境中的障碍物并进行规避，保证机器人操作的安全和高效。

3.协作操作机器人在智能制造中往往需要与其他机器人、工人或自动化设备进行协作操作，以实现复杂的任务。

协作操作策略需要解决机器人之间的通信与协调问题，确保各个机器人的动作和操作是协调一致的。

一些先进的协作操作策略包括分工策略、路径规划与资源分配等。

二、机器人控制策略机器人控制策略是指在机器人操作过程中，对机器人的控制方式和方法进行研究和改进，以实现机器人的高效、精确控制。

1.自适应控制自适应控制策略是指机器人能够根据环境和任务需求，实时地调整控制参数和控制策略的能力。

通过传感器对环境的监测和相关算法的设计，机器人可以自主地适应不同场景和任务，并提供最佳控制效果。

2.模型预测控制模型预测控制是一种基于动态系统模型的控制策略。

主从遥操作下双臂机器人的阻抗控制策略研究
韩昌;周浩;高俊
【期刊名称】《小型微型计算机系统》
【年(卷),期】2024(45)3
【摘要】在遥操作机器人系统中,从端机器人不仅需准确地跟随主端设备的运动,还需与外界环境保持合适接触力,以避免因接触力过大对机器人和环境造成破坏.由于遥操作机器人系统中主从端设备是分离的,要实现遥操作下柔顺接触是极具挑战的.为了提高遥操作机器人系统任务执行的安全性,本文结合运动映射提出一种主从遥操作下阻抗控制策略.首先,通过提出主从端运动映射策略,将主从端设备联系起来,并获得从端机器人运动的目标位姿.接着,为了实现机器人末端执行器与环境的柔顺接触,提出阻抗控制策略,建立机器人与外界环境之间的位置和接触力的动态响应关系.同时,引入虚拟排斥力,让从端机器人的双臂在可行的空间中运动,从而提高了机器人操作的柔顺性和安全性.设计了机器人拖拽和白板擦拭两个实验来验证方法有效性.实验结果表明,所提出方法可实现机器人在具有接触的任务中的柔顺操作,可提高操作的安全性.
【总页数】5页(P636-640)
【作者】韩昌;周浩;高俊
【作者单位】武汉商学院机器人视觉感知与应用学术团队
【正文语种】中文
【中图分类】TP241
【相关文献】
1.基于KUKA工业机器人的遥操作控制系统设计与异构主从控制方法研究
2.主从同构穿刺手术机器人遥操作控制策略研究
3.遥操作机器人系统主从控制策略
4.主从机械手遥操作双边自适应阻抗控制策略
5.水下用机器人遥操作模式下主从端设备空间映射控制算法研究
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机器人操作系统中的控制策略与规划算法机器人操作系统（ROS）是一种广泛应用于机器人系统的开源软件框架，它提供了一系列基础设施和工具，用于构建和部署机器人应用。

在机器人的控制过程中，控制策略和规划算法起着关键作用。

本文将重点介绍机器人操作系统中的控制策略和规划算法，并探讨它们在机器人系统中的重要性。

控制策略是指机器人在执行任务时所采取的动作决策方案，它直接影响到机器人的行为和性能。

机器人操作系统提供了多种控制策略，包括开环控制和闭环控制。

开环控制是一种基础的控制策略，它根据预先设定的动作序列控制机器人执行任务。

开环控制适用于一些简单的任务，但它无法适应环境变化和机器人自身状态的变化，容易导致执行误差。

闭环控制则可以根据机器人的传感器信息和当前状态来调整控制信号，从而实现动作的准确控制。

机器人操作系统中的闭环控制通常使用反馈控制方法，其中最常用的是比例-积分-微分（PID）控制器。

PID控制器根据机器人当前的状态误差来调整控制信号，通过不断迭代计算和调整，使机器人的执行效果更准确。

除了控制策略外，规划算法也是机器人操作系统中不可或缺的部分。

规划算法用于确定机器人在特定环境中如何规划路径和执行任务。

根据机器人的动作空间和环境约束，常用的规划算法包括运动规划、路径规划和任务规划等。

运动规划是机器人在指定运动空间内确定一系列运动轨迹的过程。

它可以保证机器人在执行任务时的平滑性和稳定性。

运动规划常用的算法有插值法、样条曲线和逆向运动学等。

路径规划则是确定机器人在复杂环境中如何选择合适的路径避开障碍物。

路径规划算法可以分为全局路径规划和局部路径规划两种。

全局路径规划主要根据机器人的起始点和目标点，使用图搜索或优化方法找到最佳路径。

局部路径规划则负责在行进过程中避开障碍物或调整路径。

任务规划是一种高级的规划算法，它能够根据机器人的任务目标和约束条件生成一个完整的执行计划。

任务规划往往需要考虑机器人的能力和资源限制，并对多个任务进行优化调度。

设·计计算!""#$%&河南理工大学吉林大学邓乐李新赵丁选随着电子技术、计算机控制技术、传感器技术、液压传动技术的发展,工程机械正在进入机器人化时代。

由于现有机器人技术水平的制约,机器人完全自主地完成各种作业任务尚不现实。

遥操作即由操作者在安全场合通过主操纵手,借助于视觉和力觉反馈信息,对危险、恶劣环境中的从操作器进行操作,完成相应的作业,是一种有效的方式。

具有力觉临场感知的遥操作机器人系统,既可以利用机器人的自主决策能力,又能发挥人的智能和决策作用,可以有效地提高操作性能。

随着人类对海底、地下资源和宇宙空间的开发和利用,遥操作工程机器人将发挥越来越重要作用。

因此,对于遥操作工程机器人力觉临场感技术的研究将具有重要的理论和现实意义。

1 新的双向控制策略如图1所示,遥操作双向力反馈控制系统由操作者、主操作手(简称主手)、通讯环节、从操作手(简称从手)、环境几部分构成。

双向控制是指主手和从手与环境之间的力和运动信息的交互反馈控制。

国内外学者对于各种类型的控制方法进行了研究[1～5],目前常用的控制策略主要包括:位置伺服型、力反射型、力反射伺服型、力-位置综合型等。

各种控制方法的主要区别是分别利用主、从手两侧的位置(或速度)和力信息的不同组合,构成不同的控制算法,实现力觉反馈。

研究表明,不同的控制方法具有不同的力觉临场感性能,适当的控制方法可以有效地抑制系统内的动力学干扰,实现较为理想的力觉临场感。

图1遥操作系统框图区别于前述的控制方法,本文提出4种新的控制方法,如图2!图5所示。

在这4种方法中,主手侧与从手侧都安装了力传感器和位移传感器(速度信息由位置信息经软件实现),由于主、从手的控制信号不同,所以属于非对称系统。

第"种控制方法采用主、从手之间的力偏差信号控制主手,而从手由主、从手之间的力偏差和位置偏差信号控制;第#种控制方法采用主、从手之间的力偏差和位置偏差信号控制主手,而从手由主、从手之间的力偏差信号来控制;第$种控制方法采用主、从手之间的位置偏差信号控制主手,而从手由主、从手之间的位置偏差信号和力偏差信号控制;第%种控制方法采用主、从手之间的力偏差和位置偏差信号控制主手,而从手由二者之间的位置偏差信号来控制。

机器人操纵系统的控制策略研究引言：随着科技的发展与进步，机器人在各个领域的应用越来越广泛。

机器人的操作系统是机器人能够正常运行并有效执行任务的关键要素之一。

在机器人操纵系统中，控制策略的研究对于提高机器人运动性能和任务完成质量至关重要。

本文将围绕着机器人操纵系统的控制策略展开论述，讨论多种控制策略的应用和优劣势分析，并探讨未来的发展方向。

一、运动控制策略的应用机器人的运动控制策略是指机器人在特定环境下如何进行路径规划和实时调整运动方向的方法和技巧。

常见的控制策略包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。

1.1 PID控制PID控制是一种比较经典的控制策略，通过比较目标值与实际值的误差，计算出控制器的输出值，从而实现对机器人运动的调控。

PID控制器包含比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分，将误差的大小、变化率和总和综合考虑，从而实现对机器人运动的精确控制。

PID控制策略操作简单、成本较低，广泛应用于各类机器人领域。

1.2 模糊控制模糊控制是一种基于人类模糊推理思维的控制策略。

通过建立模糊规则和模糊推理机制，能够适应复杂和不确定的环境条件下的机器人控制。

模糊控制可以将模糊信息输入控制系统中，通过模糊推理和模糊的隶属度函数计算得出系统的输出结果。

模糊控制策略在机器人导航、路径规划和目标跟踪等方面具有较好的效果。

1.3 神经网络控制神经网络控制是一种基于人工神经网络的控制策略。

通过训练神经网络的权重和阈值，可以使机器人根据输入的传感器信号做出相应的动作。

神经网络控制策略能够自适应地学习和调整参数，具有较强的适应性和鲁棒性，在机器人运动轨迹控制和手眼协调等方面有着广泛的应用。

二、控制策略的优劣势分析在机器人操纵系统的控制策略中，每种策略都存在着各自的优劣势。

下面将对上述几种常见的控制策略进行分析。

2.1 PID控制的优势PID控制策略是一种经典的控制手段，较为简单易实现。

通过合理选择PID参数，可以实现对机器人运动的快速响应和较为精确的控制效果。

水下机械手主从遥操作双边控制策略刘卫东;张建军;高立娥;程瑞锋【摘要】水下机械手在操作过程中存在抓取对象未知、临场性差的问题，深水环境下较低的能见度限制了机械手的作业。

针对此问题提出了带力觉感知的主从式遥操作双边控制系统。

主手采用模糊自适应阻抗控制方法，从手采用积分滑模变结构控制方法。

通过Liewellyn绝对稳定性准则分析了整体系统的稳定性。

搭建了单自由度双边遥操作系统平台，在Matlab Simulink下进行了相关仿真。

仿真表明：主手控制提高了透明性以及系统鲁棒性；从手控制克服了外界干扰及消除了滑模控制的抖振问题，从手具有很好的力／位移跟踪主手的能力；整体系统具有很好的稳定性和可行性。

%The robot was an important equipment for the underwater vehicle's exploration,the unknown objects and poor feeling property was in the manipulation,and the robot's work was limited by low visibility under the deepwater environment. The bilateral teleportation system based on haptic perception was proposed for these problems. The fuzzy adaptive impedance control was applied to the master hand,and the integral sliding mode control strategy was applied to the slave hand. The saturation function was used to remove the chatter during the sliding mode control. The absolute stability criteria was applied for the analysis of the stability condition of bilateral control. The single degree of freedom platform was set up for the bilateral force feedback remote operating system,the relevant simulink was carried out in the Matlab Simulink.It was shown that:the robustness of the master hand and the feeling from the environment was improved,the external interference was overcomed andthe chattering in sliding mode control was eliminated,the position tracking and the interaction with the environment of slave hand obtained guarantee, the whole system had a good feasibility and stability.【期刊名称】《西北工业大学学报》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】7页(P53-59)【关键词】遥操作控制;滑模控制;模糊规则;数学模型;MATLAB;位置跟踪;稳定性【作者】刘卫东;张建军;高立娥;程瑞锋【作者单位】西北工业大学航海学院，陕西西安 710072; 西北工业大学水下信息与控制重点实验室，陕西西安 710072;西北工业大学航海学院，陕西西安710072;西北工业大学航海学院，陕西西安 710072; 西北工业大学水下信息与控制重点实验室，陕西西安 710072;西北工业大学航海学院，陕西西安 710072【正文语种】中文【中图分类】TP242水下机械手是与水下环境交互的重要设备。

机器人遥操作系统控制技术1. 引言1.1 概述机器人遥操作系统控制技术是近年来快速发展的一项前沿技术，它允许人们通过远程方式对机器人进行操控和控制。

遥操作系统通过传感器技术、控制算法以及实时通讯协议等组成要素，实现了人与机器人之间的无线连接和高效交互。

该技术在各个领域都有广泛应用，如工业制造、医疗保健、教育科研等，为提高生产效率和解决现实问题提供了有效的解决方案。

1.2 文章结构本文将从以下几个方面对机器人遥操作系统控制技术进行阐述。

首先，在第二部分将概述该技术的定义与分类，并回顾其发展历史和主要应用领域。

接着，在第三部分中将详细介绍遥操作系统的组成要素及原理，包括传感器技术、控制算法介绍和实时通讯协议等。

然后，在第四部分将探讨远程操控方法与技术选择，比较直接操控与自主导航的优劣并介绍关键技术选择标准和方法，同时还会讨论物联网在遥操作中的应用。

最后，在第五部分将展望机器人遥操作系统控制技术的未来发展，并探讨人工智能在遥控系统中的应用、自动化水平提高带来的挑战以及全球合作下可能产出的成就。

1.3 目的本文旨在全面介绍机器人遥操作系统控制技术，深入探讨其组成要素和原理，并提供远程操控方法与技术选择的指导。

同时，本文将对该技术未来发展进行展望，指出人工智能在其中的应用方向以及可能面临的挑战，并呼吁全球合作以推动该领域取得更多成果。

通过本文的阐述和分析，读者将对机器人遥操作系统控制技术有更深入、全面的了解，并为相关领域从业者和研究者提供参考和借鉴。

2. 机器人遥操作系统控制技术概述2.1 定义与分类机器人遥操作系统控制技术是指通过远程手动操纵或者自动化程序，对机器人进行操作和控制的一种技术。

根据应用领域的不同，可以将机器人遥操作系统控制技术分为军事、医疗、工业、教育等多个分类。

2.2 发展历史机器人遥操作系统控制技术的发展始于20世纪中期，当时主要应用于军事领域。

随着科技的进步，这项技术逐渐扩展到其他领域。

专利名称：主机器人和从机器人遥操作系统位置控制方法专利类型：发明专利
发明人：刘霞,贺文人
申请号：CN202010468099.3
申请日：20200528
公开号：CN111745643A
公开日：
20201009
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及属于机器人遥操作控制技术领域，特别涉及主机器人和从机器人遥操作系统位置控制方法。

本发明公开了一种主机器人和从机器人遥操作系统位置控制方法，包括如下步骤：a、将遥操作分为自由运动阶段和交互运动阶段；b、自由运动阶段使用快速控制模式：将从机器人位置分量X设置为0，根据主机器人和从机器人的运动范围设置位置比例系数k；c、交互运动阶段采取精细控制模式：位置比例系数k≤1。

本发明的有益效果是，在保证主机器人和从机器人工作空间高度覆盖的同时，提高遥操作运动位置控制精度；进一步的，反馈引导力的引入能够有效保证控制的安全性；控制系统成本低，控制流程简单、有效。

申请人：西华大学
地址：610039 四川省成都市金牛区金周路999号
国籍：CN
代理机构：成都宏顺专利代理事务所(普通合伙)
代理人：李顺德
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配网带电作业机器人安全遥操作的辅助控制策略摘要：在传统的配网带电作业中，操作人员需要站在绝缘升降斗臂车上，利用绝缘工具，例如绝缘杆，绝缘手套进行手动作业。

在大多数带电作业时，应保持对地不少于0.4m，对相邻导线不少于0.6m的安全距离，使用绝缘杆作业法更是加大了作业难度。

近年来尽管针对配网带电作业操作制订了一系列规范性技术准则和作业规范，但由于任务量大、危险系数高、环境恶劣，人员伤亡事故还是时有发生。

关键词：配电网；机器人；安全操作1 配网带电作业机器人简介为此，早在20世纪80、90年代，全球就开始了配网带电作业机器人的研发。

典型的遥操作机器人包括日本九州电力公司开发的PhaseⅠ和PhaseⅡ系列机器人,1990年西班牙马德里理工大学开发的ROBTET液压驱动机器人，以及山东鲁能智能公司开发的液压遥操作机器人。

但研制的大多数遥操作机器人只涉及普通的力反馈遥操作，不涉及其他的遥操作辅助方法，操作者进行作业前需要大量的练习，在接触物体之前缺乏距离感，不确定机械臂路径是否合适，遥操作的体验感不佳。

虚拟夹具是辅助操作人员进行遥操作，并且能够优化运动轨迹，提高作业效率的一种方式。

其原理就是在虚拟仿真环境中加入主动约束力并反馈到操作者端来引导操作人员控制主端机械臂。

就像使用直尺绘制的直线会比徒手绘制的直线质量更高，虚拟夹具能够引导操作者绘制各种高质量的三维空间曲线/直线（引导型虚拟夹具），从而控制从机械臂末端按三维曲线/直线运动。

另一方面，主动约束力也能将机械臂的运动约束在某些特定的区域内（禁止型虚拟夹具）。

这帮助操作者降低了任务的复杂度和遥操作的工作量，同时也减轻了操作人员的心理负担。

目前，虚拟夹具技术已经被运用到了各个领域，如医疗手术领域、水下探索领域等。

然而在大部分关于虚拟夹具的研究中，虚拟夹具都是预先定义的，很少有实时建立、和人有交互的。

只有与现实中的环境相结合，实时构建相应的虚拟夹具，这样的研究才有应用意义。