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| 內容簡介： |
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针对复杂外部环境下网络化遥操作机器人控制设计与分析难题，本书基于作者长期从事的网络化机器人及应用等相关科研实践，介绍了一种基于动态补偿思想的辅助切换滤波控制综合设计方法。该方法具有控制结构简单、分析方法易移植和保守性低等优点。本书将从关节空间遥操作到任务空间遥操作、从同构遥操作到异构遥操作、从单主单从遥操作到多主多从遥操作，系统讨论辅助切换滤波控制方法在复杂外部环境下网络化遥操作系统控制中的应用，并以脊柱微创手术为背景，给出该方法在遥操作机器人高性能控制中的使用方法。
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| 關於作者： |
翟弟华 男，1988年生，安徽马鞍山市人，博士。现为北京理工大学特 别副研究员、硕士生导师。主要研究方向为机器人控制、网络化非线性 系统分析与控制、智慧医疗等，在IEEE系列汇刊上发表论文多篇。研究 工作得到了国家自然科学基金青年基金项目、空间智能控制技术重点实 验室开放基金和中国电机工程学会青年人才托举计划资助。
夏元清 男，1971 年生，安徽天长市人，博士。现为北京理工大学讲 席教授，博士生导师，北京理工大学自动化学院院长、学科带头人， 教育部长江学者特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、国家万人计划领军人才、享受国务院特殊津贴专家。主要研究领域为多源信息复杂系统的信息处理与控制、 云控制理论与应用、空天地一体化网络协同控制等。主持国家重点研 发计划、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金重点国际合作研究项目、973 计划子课题等项目多项。在 国内外重要学术刊物上发表论文300余篇，其中被SCI收录280余篇，出 版英文专著8 部，论文累计被引用1万余次。曾获得国家科技进步二等奖1项、教育部自然科学二等奖2项、北京市科学技术二等奖2项。
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| 內容試閱：
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本书的主题是网络化遥操作机器人控制。网络化遥操作机器人因其能够代 替人类在危险、恶劣环境中进行作业，在航天、军事、医疗、灾难救援、核能 材料处理等领域有着广泛的应用前景。然而，通信网络的引入，加之机器人系 统本身及其作业环境的复杂性，给其控制带来了相当的影响。在过去的半个多 世纪中，针对遥操作系统控制已取得一系列研究成果，发展了包括基于无源性 理论、基于输入到状态输入到输出稳定的小增益定理等在内的多种控制方法。 但是，这些方法在应用于网络化遥操作系统控制时仍然面临着不同程度的局限 性。因此，寻找新的有效先进控制方法是遥操作系统研究中的一个重要方向。 对此，笔者将系统研究复杂外部环境下网络化遥操作机器人的控制设计和 性能分析新方法。对于网络化遥操作机器人控制问题，在过去的几年中，笔者 从控制实施便捷性、分析方法通用性、性能提升三个方面进行考虑，基于动态 补偿思想，提出并发展了一套面向遥操作系统的辅助切换滤波综合控制设计方 法。实现了从关节空间遥操作到任务空间遥操作、从同构遥操作到异构遥操作、 从单主单从遥操作到多主多从遥操作等多型控制任务的设计和分析。相较传统 方法，基于辅助切换滤波的遥操作机器人综合设计具有控制结构简单、分析方 法易移植、保守性更低等优点。近4年来，笔者在该领域发表了包括IEEE汇刊 在内的学术论文多篇，得到了国内外同行的高度评价。为系统总结笔者在遥操 作机器人控制设计和性能分析方面的新发现，特编著出版本书。 本书的内容除绪论外，可分为四大部分：
第一部分，即第2章，简要概述了遥操作机器人控制的数学基础，包含遥操 作机器人系统建模、系统稳定性定义及其判别等内容。
第二部分是关节空间单主单从同构遥操作控制，包括第3章第5章内容。在 第3章中，通过一般双边遥操作控制任务引入辅助切换滤波控制设计方法，给出 了基于该方法的遥操作机器人控制设计和稳定性分析的一般步骤。在此基础上， 考虑到机器人实际运行时面临的执行器饱和约束，第4章给出了输入饱和约束下 基于辅助切换滤波的遥操作系统自适应控制设计方法。第3章、第4章的控制设 计只实现了遥操作机器人渐近收敛控制，为了确保遥操作系统具有更好的同步 性能，在第5章中综合利用非光滑控制技术和辅助切换滤波控制方法，针对不考 虑执行器饱和与考虑执行器饱和两种情形，提出了遥操作机器人有限时间控制 方法，为复杂网络环境下遥操作系统实现更快的主从同步提供了可能。
第三部分是任务空间多主多从遥操作控制，包括第6章和第7章。在完成某 些复杂任务时，多机器人协调协作比单机器人更具优势，因此本书介绍了基于 辅助切换滤波的遥操作机器人综合设计在多边协调遥操作控制领域的应用。首 先，通过应用空间变换理论获得遥操作系统运动力解耦空间，在第6章提出了 基于混合运动力控制架构的多边协作遥操作系统的新的智能控制方法。为了提 高传统非约束型协调协作控制方法性能，在第7章提出了基于从机器人运动同步 的非约束型协调控制方案。通过在传统非约束型协作控制策略中引入从机器人 间同步误差控制，并结合辅助切换滤波方法，设计了新型神经网络自适应控制 器；接着引入了描述性能控制技术，确保在操作者操控差异性和外部不确定性 因素存在的情况下从机器人协调协作性能。
第四部分是高性能控制及其应用，包括第8章第10章。该部分内容主要依 托北京市自然科学基金重点项目展开，研究辅助切换滤波控制方法在脊柱微创 手术遥操作机器人上的应用。在第8章中，考虑到脊柱周边环境的特殊性和复杂 性，需要机器人具有高度的灵活性并且具有自主避障功能，研究了带冗余自由 度从机器人的双边异构遥操作系统控制问题。基于辅助切换滤波控制技术，提 出了具有时变通信时滞的异构遥操作机器人系统半自主自适应控制新方法，提 高了复杂、动态环境机器人作业能力。在第9章中，考虑到脊柱微创手术机器人 对控制的精准度有很高的要求，提出了基于描述性能控制策略的遥操作系统高 性能同步控制方案。在允许主从机器人与操作者环境有力的交互情况下，实现了时变通信时滞下的主、从机器人同步（瞬态稳态）性能的定量分析与控制。 在第10章中，为了克服经典描述性能控制方法易受干扰引发控制奇异问题，借 鉴事件驱动控制思想，提出了遥操作系统切换类描述性能控制方法。该方法进 一步提高了闭环控制鲁棒性，在保证高精准主从同步控制的同时，提升了闭环 控制的可靠性。 本书的研究内容得到了国家自然科学基金青年科学基金人机协作环境下 网络化机器人高性能控制关键技术研究 （61803033）和北京市自然科学基金重 点基金脊柱微创手术网络化遥操作机器人的基础问题与关键技术（4161001） 等项目的支持。本书的出版得到了北京理工大学研究生院的大力支持。在出版 经费方面，得到了北京理工大学优秀博士学位论文出版项目基金资助。值此书 出版之际，笔者在此对给予支持和资助的单位与个人表示衷心的感谢！ 由于笔者水平以及研究工作的局限，书中不足之处在所难免，恳请广大读 者批评指正！
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