文 献 综 述
1 引言
机器人遥操作是指操作人员监视和控制远方机器人完成各种作业，从而使机器人能够代替人类在一些无法触及的、甚至一些危及人类健康或生命安全的环境下完成各种任务。随着人类对于空间、深海、有毒和核辐射等危险与极限环境内作业需求的不断提升，遥操作机器人的应用范围越来越广，例如作为无人的工具，救援和防御操作，机器人足球比赛等等。遥操作机器人作为机器人的一个重要分支，它的研究与应用主要集中在空间技术领域。
2本课题国内外研究的历史、现状及发展方向
从20世纪60年代开始应用到现在，空间机器人的应用领域在不断扩大，从最初的星球表面探测到现在完成航天器在轨装配和维修、进行各种舱内科学实验等，其任务的复杂度和精度都在不断提高。能够对环境进行感知、高度自主、完全代替人类从事各种空间作业的智能机器人是必然的发展方向。美国最早应用了遥操作系统，通信时延对具有临场感的遥操作系统的影响也最先得到重视。之前的研究工作主要集中在如何克服通信时延遥控作业稳定性和操作性能的影响。过去为了改善时延对操作性能的影响，就在原有操作系统的基础上，逐步增加了信号反馈尤其是力反馈，如今也有研究者希望通过建立遥微操作机器人力反馈控制系统，建立比例缩放条件下系统的二端口网络模型来提高系统稳定性。然而受到现有技术水平的限制，完全自主的空间机器人在很长一段时间内难以实现，因此，通过操作者在地面在地面对空间机器人进行遥操作，人和机器人共同完成复杂的空间作业是现今及将来应用空间机器人的主要形式。
在存在时延、各种扰动和误差等干扰的情况下，实现较好的稳定性和临场感等性能是遥操作系统的设计的基本指标，即控制器的设计除了保证稳定性外，还要能克服时延甚至是未知或变化的时延等的影响，实现遥操作系统与环境之间较好的动觉耦合。为此，共享柔顺控制、阻抗控制、监督控制和预测控制等控制策略，相继在遥操作系统设计的系统上被提出或应用。然而这些方法对遥操作系统控制问题的解决远远没有达到令人满意的程度，尤其是近年来，Internet网络引入遥操作系统给控制问题增加了新的困难。
目前，为抵消网络可变时延对遥操作系统的影响,研究工作者提出了基于一种新的改进型 Smith预估器, 构建了预估控制下的网络实时遥操作移动机器人系统.该系统根据主、从端传感器交换的信息,通过动态模型管理器及其算法,保证了主、从端模型的一致性。
针对单个操作者对多个移动机器人遥操作的困难,有学者提出了基于行为优先和任务协调的多机器人遥操作方法，通过引入机器人局部自主的概念, 运用行为优先决策与任务协调模块使操作者和机器人共享运动控制.建立了多机器人系统遥操作体系结构,设计了多通道人机交互接口界面。
对于时延较大的情况，可以采用基于虚拟预测环境的机器人遥操作技术，在本地端建立遥环境和机器人的模型，形成控制回路，来抵消大时延对系统稳定 性和操作特性的影响。对于大多数遥操作系统，影响系统虚拟环境一致性的延迟是不固定的，如果仅仅采用固定时延滞后的方法一定程度上牺牲了系统的作业效率。因此，研究适应变化时延的一致性控制算法，是分布式虚拟环境更新的一致性控制的未来发展方向，这对于遥操作操作系统以及分布式虚拟环境相关应用具有重要意义。对此，有学者建立基于虚拟环境的多操作者多机器人协作遥操作系统，采用3层C/S结构的控制系统软件构架，根据实验系统平台工作场景对分布式虚拟环境进行建模，以实现多操作者多机器人的分布式控制。也有学者提出利用CORBA 技术实现分布式协同网络遥操作的一个解决方案。通过建立对象分布式模型数据库，来解决了系统的实时性等关键问题。
而在时延较小时，通常采用双边遥操作，通过选择合理的控制算法，使遥机器人和地面操作人员的力和位置信息保持一致，以保证系统稳定和达到一定的操作性能。由于目前空间机器人双边遥操作方法的研究一方面仍集中在如何保证控制系统的稳定性上，所以越来越多的学者开始研究如何在保证稳定性的基础上提高系统的操作性能。如针对传统遥操作系统存在的位置漂移问题，设计了一种可解决位置跟踪问题的无源控制算法；将滤波变量思想与最大限度保证系统透明性的四通道控制结构结合；设计新颖的五通道控制结构以提高性能等。现有的方法往往仅解决系统的某方面问题，LQG控制、H控制和Lyapunov-like函数等方法虽然可以得到较好的系统性能或在优化指标意义下的稳定控制，但都需要对系统的时延有足够的了解。
