經由時間延遲通訊網路之單控制器雙向遠端遙控系統

Abstract

本論文提出使用單一控制器之新型態雙向遠端遙控系統，遠端機器人與近端機器人之控制器皆在近端操控人員處實現。基於此架構，遠端機器人僅需將位置與速度等輸出指令，經由網路傳輸給在近端機器人之中央控制器；中央控制器計算完控制指令後，再經由網路回傳給遠端機器人。因為遠端機器人處不存在控制器，且只需要傳輸與接收訊號的?能，所以可以顯著的提升整體遠端遙控系統模組化與彈性，擴大應用範圍。 本論文之中央控制器由P-與PD-控制器實現，P-控制器討論遠端機器人僅回傳位置訊號，而PD-控制器需要同時回傳位置與速度訊號。對於此單一控制器雙向遠端遙控系統之不對稱系統架構，通訊存在包含時間延遲等不確定因素，將造成整體系統追蹤性能甚至穩定性的問題。本論文使用Lyapunov之穩定性分析方法，討論在固定時間延遲(time constant delay)下能量消散時的充分條件，並確保系統之穩定性與任務追蹤。由於延遲可能會隨著網路狀態而改變，所以本論文亦討論P-控制器在網路存在時變時間延遲(time-varying delay)時，相關的穩定性之條件。此外，本論文亦推導出系統在穩態時之力矩回饋，並確認此雙向遠端遙控系統力量回饋之性能。 本論文首先使用系統模擬分析驗證提出之控制理論，最後以實驗的方法驗證控制器之穩定性，並比較P-控制器與PD-控制器之性能。由於力量回饋為討論雙向遠端遙控性能之重點，所以本論文配合所使用之機器人手臂，設計、分析與製造了三軸力量感測器；經過線性回歸取得此三軸力量感測器估計方程，完成校正後之感測器使用於本論文提出之單一控制器遠端遙控系統，進行力量資訊的量測、紀錄與比較。實驗結果驗證了在提出之充分條件下，除了確保穩定性與任務追蹤之性能，經由對操作人員施力與環境外力之量測結果，更證實了理論分析中環境力量可以準確回饋的結果。

Date of Award	2015 Aug 21
Original language	Chinese
Supervisor	Yen-Chen Liu (Supervisor)