遥操纵多自由度电液伺服并联机械手力反馈控制策略

本项目研究遥操纵多自由度液压并联机械手力觉双向伺服控制策略问题。针对目前多自由度液压机械手力觉双向伺服控制策略所存在的多自由度力、位移耦合问题，提出了新的双向伺服力反馈控制策略。该策略摈弃了目前一直沿用的"位置-力、位置-位置"等力反馈双向伺服控制方案，将与从动机械手接触的工作阻力大小和方向通过约束空间传递给主动侧，操纵手柄是实现该约束空间的设备，为操纵者提供与从动侧完全相同的约束空间，实现从动机械手工作阻力反馈。拟解决现有力觉双向伺服控制所存在的"多自由度耦合力反馈效果差"及"仅考虑力反馈大小而忽视力反馈方向"等问题。与现有控制策略相比该方案具有通用性，适用于主－从自由度数目和运动学特性不同的设备。可使操纵者更好地把握从动机械手的干涉及位移情况。遥操纵力觉双向伺服控制技术在抢险、军事、国防、深海及宇宙作业，超大型、微／纳米机械的操纵，微创医疗等领域具有广阔的应用。

在对遥控作业的机械手进行遥操纵时，操作者不但需要为其提供视觉信息，而且需要了解作业反力和因障碍干涉产生的力觉信息。力反馈双向伺服控制系统的控制策略设计是遥操纵系统设计的关键环节，相同控制结构但控制策略不同的遥操纵系统的操作性能会有较大差异。. 本项目研究遥操纵多自由度液压并联机械手力觉双向伺服控制策略问题。针对目前多自由度液压机械手力觉双向伺服控制策略所存在的多自由度力、位移耦合问题，提出了新的双向伺服力反馈控制策略。该策略将与从动机械手接触的工作阻力大小和方向通过位置空间传递给主动侧，操纵手柄是实现该位置空间的设备，为操纵者提供与从动侧完全相同的位置空间，实现从动机械手工作阻力反馈。项目进行了遥操纵系统主手与从手之间力、位移相互作用与相互影响的机理研究，从手与环境之间力、位移相互作用与相互影响的机理研究。多自由度遥操纵系统力、位移耦合关系对反馈力的影响研究，多自由度从手与环境作用对主手反馈力、位移的影响研究；建立了多自由度液压伺服控制并联型主手和从手快速逆运动学的显式解模型；建立了从手与环境发生干涉作用的力映射矩阵模型，并建立基于约束空间的多自由度液压伺服控制力反馈数学模型；进行了验证新型控制策略在不同控制结构中遥操纵系统的稳定性、透明度和对操作环境的适应性研究，为更深入研究遥操纵系统的控制技术奠定试验基础。. 该控制策略解决了传统控制策略中遥操纵系统存在的“多自由度耦合力反馈效果差”及“仅考虑力反馈大小而忽视力反馈方向”问题。可使操纵者更好地把握从动机械手的干涉及位移情况。遥操纵力觉双向伺服控制技术在车辆线控技术、抢险、军事、国防、深海及宇宙作业，超大型、微／纳米机械的操纵，微创医疗等领域具有广阔的应用。