主从式遥微操作机器人力反馈控制系统的研究

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遥微操作机器人系统滑模变结构控制研究

基金项目:国家自然科学基金资助项目(60575051);江苏省高校自然科学基金(03K J B120005)收稿日期:2007-04-09 修回日期:2007-11-08第25卷第7期计算机仿真2008年7月文章编号:1006-9348(2008)07-0145-04遥微操作机器人系统滑模变结构控制研究王艳,曾庆军(江苏科技大学电子信息学院,江苏镇江212003)摘要:遥微操作机器人是一种应用于医疗、微生物工程及微机械等领域的特殊遥操作机器人系统,文中主要针对面向微创外科手术系统的遥微操作机器人系统中,操作者及作业环境往往具有时变性而易导致系统不稳定且难以控制的问题,在已有的动力学模型的基础上,设计了一种新型的滑模变结构控制方案,在该方案中主机械手采用阻抗控制而从机械手采用滑模变结构控制策略。

仿真实验结果表明了方案的有效性和鲁棒性,系统能较好地实现位置比例跟踪和力比例跟踪。

关键词:遥微操作机器人;滑模变结构控制;比例跟踪;仿真中图分类号:TP242 文献标识码:ASli di ng -M ode Contro ller for Tele -m icro m ani pul ation R obot Syste mWANG Y an ,ZENG Q ing-j u n(Schoo l of E lectronic and Info r ma ti on Eng i neer i ng ,Jiangsu U n i ve rs i ty o f Science and T echno l ogy ,Zhen jiang Jiangsu 212003,Chi na)ABSTRACT :T e le-m i c ro m anipulation robot i s a spec ial te l e -man i pu l a tion robot syste m used i nvasively i n m edi c i ne ,m icro -b i oeng ineer i ng and m i cro -m echan i ca l syste m.T he sy stem for M IS techno l og ies i n m ed i c i ne m ay be co m e unstab l e because the operater and ope rating-env ironment som eti m es hav e ti m e-vary i ng charac teristi cs .In or der to so lve t h is prob le m,a ne w slidi ng-mode contro ller sche m e is des i gned ,i n wh ich the i m pedance contro l is used fo r t he m aster dev ice ,wh ile the sli ding -m ode contro l is used fo r the slave dev ice .T he si m ulati on resu lts m anifest the vali d it y and robustness o f the desi gned contro llers and the syste m can atta i n better sca led track i ng o f p l ace m ent and force .KEY W ORDS :T ele-m icrom an i pu lati on robot ;S li ding-m ode con tro ;l Scaled track i ng;S i m u l ation1 引言遥操作机器人是指在人的操纵下能在人难以接近(距离遥远、对人有害或操作有难度)的环境中完成比较复杂的精细操作的一种远距离操作系统。

移动操作机器人及其共享控制力反馈遥操作研究(可编辑)

移动操作机器人及其共享控制力反馈遥操作研究博士学位论文移动操作机器人及其共享控制的力反馈遥操作研究RESEARCH ON MOBILE MANIPULATOR AND ITSFORCE FEEDBACK TELEOPERATION BASED ONSHARED CONTROL MODE于振中哈尔滨工业大学2010年 11月国内图书分类号:TP242.2学校代码:10213国际图书分类号:681.5 密级:公开工学博士学位论文移动操作机器人及其共享控制的力反馈遥操作研究博士研究生 :于振中导师 :蔡鹤皋院士副导师 :赵杰教授申请学位 :工学博士学科 :机械电子工程所在单位 :机电工程学院答辩日期 : 2010 年 11 月授予学位单位 :哈尔滨工业大学Classified Index: TP242.2U.D.C: 681.5Dissertation for the Doctoral Degree in EngineeringRESEARCH ON MOBILE MANIPULATOR AND ITSFORCE FEEDBACK TELEOPERATION BASED ONSHARED CONTROL MODEYu ZhenzhongCandidate:Supervisor: Academician Cai HegaoVice-Supervisor: Prof. Zhao Jie Academic Degree Applied for: Doctor of EngineeringSpeciality: Mechantronics EngineeringUnit: School of Mechatronics EngineeringDate of Defense: Nov, 2010University: Harbin Institute of Technology摘要摘要移动操作机器人相比于固定操作机器人具有更大的操作空间和更强的操作灵活性,成为机器人领域研究的热点方向之一。

虚拟现实中力反馈控制器综述

２０ —Ｏ — １期Ｏ６２４
作者简介：苏锐（９卜）１７，河北内丘人，邢台职业技术学院，助教。
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邢台职业技术学院学报
２００６年第３期
效果就强。还有ＭＩ（ｓａｈｓｔｓｎｔｕｅｏＴｃｎｌｇ）早期研制的 “ ＴＭａｓｃｕｅｔｓｉｔｆｅｈｏｏｙｅＩｔ高性能力反馈手柄 ” 。２力反馈方向盘．力反馈方向盘的品种较多，以罗技和微软为代表，传动为齿轮传动和线传动。３力反馈手臂．ＭＥｓｒｒＥＭａｔｍ是日ＭＩＩｅＡ本Ｔ的研究者研制的用于虚拟现实仿真设计的操纵手臂。该手臂是放置在台上的，有四个自由度，手柄上安装有六个自由度的腕力传感器，传感器测量加于操作者的反馈力和力矩。
Ｐａｔ（ｅｏａＨｐｃｎｅａｅｃａｉ）ｈｎｍＰｒｎｌａｔｔｆｈｎｍ力反馈手臂是由美国ＳｎＡｌＴｃｎｌｙｏｓｉｉｒｃｍｅｓｅｓｂｅｈｏｇ公司生产的。ｅｏ力反馈是通过一个指套加上的，用户把他的手指或铅笔插入这个指套。三个直流电机产生在ｘ，Ｙ，Ｚ坐标上的三个力。英国索尔福德大学的力反馈手臂（ｈｎｅｉＳｌｒＡｍｓｅ）使用压缩空气驱动肌肉运动，ＴｅｉｒｔｏａｏｒＭａｒ，Ｕｖｓｙｆｆｄｔ能产生１０１０Ｎ的力，驱动器作用于每个关节的相对位置每个关节的位置由高线性电位计测量。５．Ｏ０４．遥操作系统Ｓ２９Ｍ－２１７年，９７遥操作系统公司（ｅｏｅｔｓｍＣｒｒｉ）ＴｌｐｒｏＳｔｏｐａｏ开发了一个双向力反馈伺服主从控制器，ｅａｒｙｅｏｔｎ称为Ｓ２９它有３ｍ工作空间和７自由度。Ｍ－２是首次能够进行生产和维修的力反馈电动主从Ｍ－２。．７个Ｓ２９操作器。５向力反馈６自由度手控制器．双１８年，ｔｒｕｉ实验室（Ｌ和Ｓｎｏ研究所（Ｒ）９０ＪｏｌｏｅＰｐｓｎＪ）ｔｆｒＰａｄＳＩ开发了一个通用的双向力反馈６自由度手控制器。他们的设计致力于最小化手柄上的摩擦力、后冲力和惯性力。系统使用了基于钢索脂轮的平衡块和能在手柄上产生最高达９２．Ｎ力的电气传动机构。另外，７系统中的平衡块用来减小重力的作用。６．维护系统（２Ｍ－）在为核燃料回收和其它远程应用而改进远程操作技术的过程中。ａｉｅＮａｏａ实验室（ＲＬ开ＯｋＲｄｔｎｌｇｉＯＮ）发了Ｍ－２维护系统模型，用于核燃料回收和其它远程操作技术的过程中。系统包括用于２个伺服操作器手臂的２个力反馈主手控制器、电视监视和光照。触摸屏系统用作操作者和远程操作器之间的界面。特点包括力传动比选择、摄像机／光照控制和系统状态诊断。－７ｒｆＫ．ａＭＣ．１０力反馈手控制器Ｋｔ９０该控制器是由ＭａｉＭａｅａｒｆｒｔｎｒｔ／ａｔｉｔＫ制造的。这个系统有６自由度并且它能反馈最高达２．Ｎ的力。个２５２它在运动学上与人的手臂是相似的。它用于飞行遥控机器人服务车（Ｔ）ＦＳ。８Ｃｂｍｅ系统ＰＲ－ｏｃ．ｙｅｔＥＦｒｅＣｂｍｅＳｓｍ公司制造了２种ＰＲＦｒ，ｙｅｔｙｔｅＥ－ｏｅｃ分别为３ＯＤＦ和６Ｏ。ＤＦＤＦ３Ｏ类型包括３个无电刷直流电机。它能反馈最大达４．Ｎ的力，０４０并且操纵杆装置的重量只有２．Ｎ。６Ｏ０２０ＤＦ类型有３个线性轴（位置分辨率是００３及３．０）个旋转轴（０位置分辨率是１０／。或４ｓ。设备原来是为空间站设计的。９０）２种类型都能通过 ⅢＭ、ＶＭＥ或Ｍａｔｓ兼容机来控制。ｃｏｈｎｉ９ＥＯＳ力反馈主手．ＸＥＯＸＳ力反馈主手对从机械手或模拟物体提供力矩和运动控制，并能给操作者手臂施加５个自由度力反馈，允许操作者手臂进行各种运动。１．ｒｅｘｓｅｔｎｒＭＡＴＲ

遥操作系统中力反馈研究与实现

实际应用表明，良好的力反馈可以使操作者在
有或无视觉反馈的情况下执行遥远场所的任务．且
性能优于没有力反馈的情形。所以可以将力反馈认为是影响遥控操作器的一个重要因素。究表明．研力觉信息在远距离遥操作以及与虚拟环境的互动上同
ＡｂｔａｔＲｅｅｒｈｎｉｌｍｅｔｔｎｆｏｃｆｅｂａｋｓｎｏｈｍｏｔｍｐｏａｔｏｅｔｎｅｅｐｒｔｏｓｓｓｒｃ：ｓａｃａｄｍｐｅｎａｉｏｆｒｅｅｄｃｉｏｅｆｔｅｏｓｉｔｒｎｃｎｔｎｉｔｌｏｅａｉｎｙ — ｔｍ．Ａｍａｔｒｌｖｒｅｅｐｒｔｏｓｓｅｅｓｅ —ｓａｅｔｌｏｅａｉｎｙｔｍｗｔｆｒｅｅｄａｋｓｒｐｓｄ．ＵｓｎｖｒｕｌｉｇｒＳｏｓｔｏｓｅｄｎｇｆｉｈｏｃｆｅｂｃｉｐｏｅｏｉｇｉａｆｎｅ ’ ｐｉｉｎｔａｉｏｔ
摘要：力反馈的研究与实现是遥操作系统研究的重要内容之一。该文设计了一种带力反馈
的主从式遥操作系统。系统中提出以虚拟手指空间位姿代替实际力作用线方向上位移的在
计算和基于实际材料的虚拟力外推的方法。该方法以虚拟手指的位姿来计算虚拟力，实以验所得实际材料的数据作为索引进行虚拟力的外推。实验结果表明，以往的考虑力和变和

主—从机器人双向伺服控制方法研究

近年来，随着对海底、地下资源和宇宙空间的合
收稿日期：００７５２１ —０ —０
１力觉临场感双向伺服控制分析
主一从遥操作力觉临场感机器人系统一般由操
作者、控器（手主机器人）通讯环节、操作机器人、遥（机器人）从和环境几部分组成。如图１所示：操
ｌ／ｌ６４
６—２８７
长ｈｎｃｕｎ报ｃ（ａ．ｃ）２．２１Ｖｏ．１３期ＪＣａｇｈｎＩｓＴ（．ＮｔＳｉＥ００年第．１１１，ｏ３．春工程学院学ｔｅ自然科学版．ｄ１，００１卷第Ｎ．．ｈｉ）
：！
理开发利用，温、高高压、强辐射、窒息等极限环境的作业将经常遇到；如地震和火灾现场的抢险作业，又核电站的保守作业等，这种人们难以靠近和非常在
危险的场所，由处在安全场所的操作者操纵机器进入危险的场所进行远距离操作，种操作方式正作这为一种有效手段被开发利用ｎ。临场感技术作为有］
复杂和精细的作业任务。遥操作系统的实验还表
明，和接触感觉的反馈可以大大提高遥控作业的力效率。由此可见，觉临场感能给主一从遥操作系力统带来很大的帮助，以提高系统的操作性能。可
０引言
作者操纵手控器（主机器人）控制指令通过通讯环，

机器人的发展史

机器人的发展史机器人的诞生和机器人学的建立及发展，机器人的诞生和机器人学的建立及发展，是是20世纪自动控制领域最具说服力的成就，是20世纪人类科学技术进步的重大成果。

现在全世界已经有100万台机器人，销售额每年增加20%及以上。

机器人技术和工业得到了前所未有的发展。

机器人技术是现代科学与技术交叉和综合的体现，先进机器人的发展代表着国家综合科技实力和水平，因此目前许多国家都已经把机器人技术列入本国21世纪高科技发展计划随着机器人应用领域的不断扩大，机器人已从传统的制造业进入人类的工作和生活领域，已从传统的制造业进入人类的工作和生活领域，另外，另外，随着需求范围的扩大，随着需求范围的扩大，机器人结构和机器人结构和形态的发展呈现多样化。

高端系统具有明显的仿生和智能特征，高端系统具有明显的仿生和智能特征，其性能不断提高，其性能不断提高，功能不断扩展和完善；各种机器人系统便逐步向具有更高智能和更密切与人类社会融洽的方向发展。

一、早期机器人的发展机器人的起源要追溯到3000多年前。

“机器人”是存在于多种语言和文字的新造词，它体现了人类长期以来的一种愿望，即创造出一种像人一样的机器或人造人，以便能够代替人去进行各种工作。

人去进行各种工作。

直到四十多年前，“机器人”才作为专业术语加以引用，“机器人”才作为专业术语加以引用，然而机器人的概念在人类的想然而机器人的概念在人类的想象中却已存在三千多年了。

象中却已存在三千多年了。

早在我国西周时代早在我国西周时代早在我国西周时代（公元前（公元前1066年~前771年），就流传着有关巧匠偃师献给周穆王一个艺妓（歌舞机器人）的故事。

巧匠偃师献给周穆王一个艺妓（歌舞机器人）的故事。

春秋时代春秋时代（公元前（公元前770~前467）后期，被称为木匠祖师爷的鲁班，被称为木匠祖师爷的鲁班，利用竹子和木料制造利用竹子和木料制造出一个木鸟，它能在空中飞行，出一个木鸟，它能在空中飞行，“三日不下”，这件事在古书《墨经》中有所记载，这可称“三日不下”，这件事在古书《墨经》中有所记载，这可称得上世界第一个空中机器人。

基于STM32的力觉反馈装置及用于主从遥操作实现

计算机测量与控制．２０２１．２９（１２）　犆狅犿狆狌狋犲狉犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋牔犆狅狀狋狉狅犾　·９３　·收稿日期：２０２１０３３１；　修回日期：２０２１０５１１。

基金项目：国家自然科学基金项目（６１９０３１２６）；河南省科技厅重点研发与推广专项（２１２１０２２１０１９７，２１２１０２２１０１４５，２１２１０２２１０５０８）。

作者简介：张建军（１９８３），男，河南太康人，博士，讲师，硕士生导师，主要从事基于力觉感知的机械手遥操作方向的研究。

引用格式：张建军，米兆文，邵世龙，等．基于ＳＴＭ３２的力觉反馈装置及用于主从遥操作实现［Ｊ］．计算机测量与控制，２０２１，２９（１２）：９３９７．文章编号：１６７１４５９８（２０２１）１２００９３０５ＤＯＩ：１０．１６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４７６２／ｔｐ．２０２１．１２．０１８中图分类号：ＴＰ２４２文献标识码：Ａ基于犛犜犕３２的力觉反馈装置及用于主从遥操作实现张建军，李沙沙，米兆文，邵世龙，常　贺，陈龙正，高毓媛（河南理工大学电气工程与自动化学院，河南焦作　４５４０００）摘要：在遥操作系统中为了增强现实及实现本地力觉信号再现功能以提高精细化操作的目的，设计了用于人机交互功能的力反馈装置；该装置为单自由度结构，基于步进电机驱动；利用ＳＴＭ３２微控制器采集触觉力信号以及关节位移信号，通过设计基于力误差的控制律调整位置变量实现输出力信号与标准力信号的匹配；为了验证该力反馈装置进行了标准力信号再现实验；并且利用该力反馈装置作为主机械手与单自由度从机械手搭建遥操作装置，进行了力、位置双边跟踪实验验证，实现了主、从机械手力、位置协同一致的目的。

关键词：力反馈装置；ＰＩＤ控制；力、位跟踪；ＳＴＭ３２；遥操作犃犉狅狉犮犲犉犲犲犱犫犪犮犽犇犲狏犻犮犲犅犪狊犲犱狅狀犛犜犕３２犪狀犱犐狋狊犃狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀犻狀犕犪狊狋犲狉－狊犾犪狏犲犜犲犾犲狅狆犲狉犪狋犻狅狀ＺＨＡＮＧＪｉａｎｊｕｎ，ＬＩＳｈａｓｈａ，ＭＩＺｈａｏｗｅｎ，ＳＨＡＯＳｈｉｌｏｎｇ，ＣＨＡＮＧＨｅ，ＣＨＥＮＬｏｎｇｚｈｅｎｇ，ＧＡＯＹｕｙｕａｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＨｅｎａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｏｚｕｏ　４５４０００，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｕｇｍｅｎｔｒｅａｌｉｔｙａｎｄｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｏｆｌｏｃａｌｆｏｒｃｅ－ａｗａｒｅｓｉｇｎａｌｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏｉｍｐｒｏｖｅｐｒｅｃｉｓｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｆｏｒｃｅｆｅｅｄｂａｃｋｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆｏｒｈｕｍａｎ－ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｓａｓｉｎｇｌｅｄｅｇｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｂａｓｅｄｏｎｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒｄｒｉｖｅ．ＵｓｉｎｇｔｈｅＳＴＭ３２ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｔｏｃｏｌｌｅｃｔｈａｐｔｉｃｆｏｒｃｅｓｉｇｎａｌａｎｄｊｏｉｎｔｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｉｇｎａｌ，ｔｈｅｏｕｔｐｕｔｆｏｒｃｅｓｉｇｎａｌｉｓｍａｔｃｈｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｆｏｒｃｅｓｉｇｎａｌｂｙｄｅｓｉｇｎｉｎｇｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌａｗａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｐｏｓｉｔｉｏｎｖａｒｉａｂｌｅｂａｓｅｄｏｎｆｏｒｃｅｅｒｒｏｒ．Ｔｈｅｔｅｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｂｕｉｌｔｗｉｔｈｔｈｅｕｓｅｏｆｔｈｅｆｏｒｃｅｆｅｅｄｂａｃｋｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｓｉｎｇｌｅｄｅｇｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍｓｌａｖｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ．Ｔｈｅｆｏｒｃｅａｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎｂｉｌａｔｅｒａｌｔｒａｃｋｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｓａｃｈｉｅｖｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｇｏａｌｏｆｔｈｅｍａｓｔｅｒａｎｄｓｌａｖｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｆｏｒｃｅａｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｆｏｒｃｅｆｅｅｄｂａｃｋｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ｆｏｒｃｅａｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎｔｒａｃｋｉｎｇ；ｔｅｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ；ＳＴＭ３２；ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ０　引言基于力觉反馈的主从机械手遥操作双边控制系统摆脱了距离限制［１］，避免了操作者直接处于危险区域，融合了人的高级智能和机器人的可扩展性，实现了人机智能交互功能［２３］。

主从式机器人相关理论简介

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图 3 从手控制力反馈控制结构图
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FmΒιβλιοθήκη XmX sd主手
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图 4 直接力反馈控制结构图
2 主从工作空间映射方法
主从式机器人根据主手和从手的结构分为主从同构式机器人和主从异构式机器人，对于主从同构式机器人，由于主手与从手构型相同，各杆件尺寸相等或者成比例，可以采用关节空间映射的方法实现主从运动控制；对于主从异构机器人，主操作手跟从机械手有着完全不同的结构以及运动学特性，而且主手的工作空间在形状和大小上都不同于从手的工作空间，这时一般需要采用点对点的映射方法，即主手末端的位姿通过一定的映射方法转变为从手末端位姿。主从工作空间映射方法主要有位置控制法、速率控制法、索引控制法、变比例控制法以及漂移控制法等。在实际的主从工作空间映射中，使用单一的映射方法一般不能达到预期的效果，通常需要同时采用两种或者两种以上的映射方法。（1）位置控制法：位置控制是一种最为常用的主从工作空间映射方法，对于绝对式位置控制法，从手末端在从手基坐标系下的位置由主手末端在主手基坐标系下的位置乘以一个比例系数获得。通过采用大的位置比例系数，小工作空间触觉设备便可以控制从机械手在大范围工作空间内自由运动，但是大的比例系数会降低操作精度，而且会影响力反馈效果。针对以上缺点，索引控制法、变比例控制法及工作空间漂移控制法被相继提出。增量式位置控制法，从手末端的位置增量跟主手末端的位置增量成比例关系，与绝对式位置控制法相比，采用该方法，主从手在任意位姿下都可以方便地建立映射关系，而不会由于主手当前绝对坐标值与原点相差太大，造成从手短时间大幅度的运动，造成对从手的损害或者对从手的周边环境造成破坏。（2）索引控制法：鼠标操作中，当鼠标到达其可用工作空间边缘时，我们将其拿起然后重新放置在另一个位置上，在此过程中，屏幕上的光标保持不动，这个过程就是索引控制。我们将此原理应用到主从工作空间映射中，由于触觉设备大多固定在笨重的底座上，因此当主手到达其极限位置时，为了进一步控制从手朝特定方向运动，需要先采用外部设备切断主从手空间映射，保持从手位置不变的前提下，将主手移至其他位置，再重新建立映射，这样可控制从手进一步运动，到达工作空间中的任意位置。（3）变比例控制法：当小的主手位移需要引起大的从手运动时，位置控制法基础上采用大的比例系数，当进行精细操作时，采用小的比例系数。弹道控制是

机器人技术及应用-机器人控制系统举例

机器人技术及应用-机器人控制系统举例机器人技术及应用机器人控制系统举例在当今科技飞速发展的时代，机器人已经成为了我们生活和生产中不可或缺的一部分。

从工业制造中的自动化生产线，到医疗领域的手术机器人，再到家庭服务中的智能机器人，机器人的应用范围越来越广泛。

而机器人能够如此高效、精准地完成各种任务，离不开其核心的控制系统。

机器人控制系统就像是机器人的“大脑”，它负责指挥机器人的动作、感知环境、处理信息以及做出决策。

一个优秀的机器人控制系统能够使机器人更加灵活、智能和可靠，从而更好地满足各种应用需求。

接下来，让我们通过几个具体的例子来深入了解一下机器人控制系统。

首先，我们来看工业机器人中的控制系统。

以汽车生产线上的焊接机器人为例，它需要在快速移动的同时，精确地将焊点焊接在指定的位置上，并且要保证焊接的质量和稳定性。

为了实现这一目标，其控制系统通常采用了高精度的运动控制算法和传感器反馈技术。

在运动控制方面，控制系统会根据预设的焊接路径和速度，计算出机器人各个关节的运动轨迹和速度指令。

通过精确控制电机的转速和转角，实现机器人手臂的平稳、快速运动。

同时，为了应对生产过程中的各种不确定性因素，如工件的尺寸偏差、装配误差等，控制系统还会实时监测机器人的实际位置和姿态，并与预设值进行比较，通过反馈控制算法对运动指令进行调整，以确保焊接的精度和质量。

在传感器方面，焊接机器人通常配备了激光测距传感器、视觉传感器等设备，用于感知工件的位置、形状和焊缝的特征。

这些传感器采集到的数据会实时传输给控制系统，控制系统经过处理和分析后，能够根据实际情况对焊接参数进行优化，例如调整焊接电流、电压和焊接时间等，从而提高焊接的效率和质量。

除了工业机器人，服务机器人中的控制系统也有着独特的特点和应用。

以家用扫地机器人为例，它需要在复杂的家庭环境中自主移动、避开障碍物，并完成清扫任务。

扫地机器人的控制系统通常采用了基于地图构建和路径规划的算法。

遥操作机器人系统主从控制策略

ｗｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｉｎｓｔａｎｔａｎｅｉｔｙｏｆｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙ．Ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒｒｏｒｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｏｆｏｒｃｅ￣ｅｄｂａｃｋｓｔｒａｔ —
ｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄｄｅｅｐ — ｓｅａｉｆｅｌｄ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｙｇｏｆｍａｓｔｅｒ — ｓｌａｖｅｒｏｂｏｔｓｙｓｔｅｍｉｓｓｔｕｄｉｅｄｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｓｕｍｍａｒｉ－
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｔｈｅｍａｓｔｅｒ－ｓｌａｖｅｒｏｂｏｔｓｙｓｔｅｍｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｍａｎｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｅｆｌｄｓ，ｓｕｃｈａｓｍｅｄｉｃａｌ
ＳｈｅｎｇＧｕｏｄｏｎｇ，ＣａｏＱｉｘｉｎ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｈｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ）
第２７卷第５期

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中图分类号：Ｔ２Ｐ４文献标识码：Ｂ
ＲＥＳＥＡＲＣＨＮＬＡＴＥＲＡＬｏＢＩＦｏＲＣＥＦＥＥＤＢＡＣＫＣｏＮＴＲｏＬＹＳＳＴＥＭ
ｏＦＴＥＬＥ— ＩＭＣＲｏＭＡＮＩＰＵＬＡＴＩＮＧＲｏＢｏＴ
ＳＵＮ・ｉＲＯＮＧｅ・ｎＬＩＰｉ・Ｌｉｎｎｇ－Ｗｉｂｉ－Ｕｎ－ｋｕａＣＡＩＨｅ－ｏｎ・ｇａ
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第０年７４期４卷２２第月０２
机器人
ＲＢＴＯＯ
ＶＪ２．ｏ４ｏＹ，２０．１４０２．Ｎｕｌ
文章编号：１０ — ４６２０）４０４－６０２０４（０２０ —３６０
主从式遥微操作机器人力反馈控制系统的研究
ｌ弓言（ｎｒｄｃｉｎＩＩｔｏｕｔ）ｏ
随着微纳米技术的迅猛发展，作对象越来越操小，１ｍ以下的微操作日益增多，切要求研制在ｒａ迫能够完成微观精细作业的微操作机器人系统ｌ．操－微１］作机器人具有微纳米级的操作精度和分辨率，微在型机械零件的装配、机电系统（ＭＳ的组装、微ＭＥ）大规模集成电路修补、胞操作（胞的融合、离、细细分切割等，因工程（因注入、组、移等）显微外基基重转、
关键技术之一．多学者在这方面进行了研究，许日本
的Ｙｏｏｏｉ人定义了宏微遥操作的理想性能，ｋｋｊ等并讨论了实现理想性能的控制策略ｊＫｅｊ等人提出．ｎｉ了比例缩放条件下的阻抗控制方法，进行了实验并
制系统的稳定性进行了分析，后进行了实验研究．验结果表明，与物体接触时，作者能够获得持续而稳定的最实在操接触力感觉，进一步的微操作实验研究奠定了基础．为关键词：微操作机器人；向力反馈；遥双比例缩放二端口网络模型
（ｏｏｅｅｒｈＩｓｔｔ，ＲｂｔｓｃｎｔｕｅＨａｂｎＩｓｔｔｆＴｅｈｏｏｙＲａｉｒｉｎｔｕｅｏｃｎｌ．Ｈａ‘ ｉｇｔ６ｌ００）５０１
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ａ［ｒｅｆｅｂｃｏｔｏｙｔｍＩｔｌ — ｃｏｎｐｌｔｎｏｏｓｄｖｌｐｄｉｈｉｐｐｒｏｃｅｄａｋｃｎｒｌｓｅｏｅｅｍｉｒｍａｉｕａｉｇｒｂｔｅｅｏｅｎｔｓａｅ．Ｔｈｃｌｄｓｉｅｓａｅｔ — ｏｔｎｔｒｄｌｓｂｉｎｉｓａｉｔｆｃｎｒｌｙｔｍｓａａｙｅ．Ｅｘｅｉｅｔｈｗｈｔｈｐｒｔｒｗｏｐｒｅｗｏｋｍｏｅｕｌａｄｔｉｔｍｔｂｌｙｏｏｔｏｓｅｉｎｌｚｄｉｓｐｒｍｎｓｓｏｔａｅｏｅａｏｔ
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Ｋｅｗｏｄ：ｔｌ — ｃｏａｉｕａｉｇｒｂｔｉｔｒｌｆｒｅｆｅｂｃｙｒｓｅｅｍｉｒｍｎｐｌｔｎｏｏ，ｂｌｅａｏｃｅｄａｋ・ｓａｅｗｏｐｒｅｗｏｋｍｏｅａｃｌｄｔ — ｏｔｎｔｒｄｌ
ｃｎｇｉｕａｉｅａｄｓａｌｏｔｃｉｇｆｒｅｐｒｅｖｎｅｈｃｏｍａｉｕａｏｏｔｃｓａｏｊｃ．Ｔｈｅｅｒｈａａｎｄｒｔｎｔｂｅｃｎａｔｎｏｃｅｃｉｉｇｗｈｎｔｅｍｉｒ — ｎｐｌｔｒｃｎａｔｂｅｔｖｅｒｓａｃ
作还需要人的参与，用遥控作业方式．过遥微操采通作，作者充分利用所获得的视觉、操比例放大的微力
觉信息，制微操作机器人，宏观上的运动来实现控用比例缩小的微动定位，过比例缩放条件下的双向通力反馈控制，准确完成微观环境下的精细操作．比例缩放条件下双向力反馈控制是遥微操作的
孙立宁荣伟彬刘品宽蔡鹤皋
（尔滨２业大学机器人研究所哈１２哈尔滨１００）０１５
Hale Waihona Puke 摘要：文研制出遥微操作机器人力反馈控制系统，立了比例缩放条件下系统的二端口网络模型．对控本建并