Details

Двусторонние системы виртуальной связи широко используются в телeоперации и взаимодействии человека с роботом, где информация о движении и силе должна передаваться между ведущей и ведомой сторонами устойчивым и физически осмысленным образом. Одной из основных трудностей в таких системах является компромисс между прозрачностью и подавлением вибраций. Жёсткая структура связи может улучшить согласованность движений, однако при этом она также более непосредственно передаёт высокочастотные возмущения. Напротив, податливая структура связи может уменьшить передачу вибраций, хотя и способна приводить к большему рассогласованию положений между двумя сторонами. В данной работе исследуются вибрационное управление и параметрическое проектирование двусторонней системы виртуальной связи на основе структуры с виртуальными пружиной, демпфером и инерцией. Динамика системы формулируется как во временной, так и в частотной областях, а канал отклика на возмущение анализируется для объяснения того, как внешние возмущения распространяются в двустороннем контуре взаимодействия. Далее исследуется влияние виртуальной жёсткости, виртуального демпфирования и виртуальной инерции на устойчивость, прозрачность и ослабление вибраций. Для повышения способности к подавлению возмущений предлагается метод проектирования виртуальных параметров на основе заранее заданных частот среза. После выбора виртуальной жёсткости соответствующие значения виртуального демпфирования и виртуальной инерции определяются аналитически. Результаты моделирования в MATLAB/Simulink в режимах свободного движения и контактного взаимодействия показывают, что предложенная конфигурация виртуальной податливости сохраняет полезное низкочастотное взаимодействие и при этом эффективнее ослабляет высокочастотные возмущения по сравнению с жёсткой связью, что делает её подходящей для задач податливого взаимодействия.

Bilateral virtual coupling systems are widely used in teleoperation and human–robot interaction, where motion and force information must be exchanged between the master side and the slave side in a stable and physically meaningful way. One of the main difficulties in such systems is the trade-off between transparency and vibration suppression. A rigid coupling structure can improve motion consistency, but it also transmits high-frequency disturbances more directly. In contrast, a compliant coupling structure can reduce vibration transmission, although it may introduce a larger position gap between the two sides. This thesis studies vibration control and parameter design of a bilateral virtual coupling system based on a virtual spring–damper–inertia framework. The system dynamics are established in both time and frequency domains, and the disturbance-response channel is analyzed to explain how external disturbances propagate through the bilateral interaction loop. The influences of virtual stiffness, virtual damping, and virtual inertia on stability, transparency, and vibration attenuation are then investigated. To improve disturbance rejection, a virtual parameter design method based on prescribed cut-off frequencies is proposed. After the virtual stiffness is selected, the corresponding virtual damping and virtual inertia are determined analytically. Simulation results in MATLAB/Simulink under free-motion and contact-motion conditions show that the proposed virtual compliance design preserves useful low-frequency interaction while attenuating high-frequency disturbances more effectively than rigid coupling, making it suitable for compliant interaction tasks.

• ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ
• FINAL QUALIFICATION WORK
• MASTER'S THESIS