研究背景及意义
随着科技发展和快速进步，遥操作技术作为一种重要的控制手段，其作用和意义越来越凸显。双边控制由于具有可应用于非结构化以及未知从端环境等优点，成为了近几年研究的重点和热点。双边操作可以代替人类在难以到达、危险的环境下进行操作，不仅避免了操作者在恶劣环境下工作的时候可能遭受的危险，还降低了作业成本。
早在40年前的20世纪80年代末，在对智能机器人和传感技术有了一定的技术积累以后，科学家们就已经发现，受到当时各方面技术水平（计算机技术、传感器技术以及控制科学等等）的限制，要想设计出一种能够在复杂、非结构环境中能够完全自主工作的智能机器人系统，至少在可以预见的近未来是难以实现的。然而随着空间技术、海洋技术和医学技术等的迅速发展，研发出一种能在这些危险未知环境中工作的智能机器人系统已经成为很多行业的迫切要求，也正是因此，工作在交互方式下的远程操作机器人系统（尤其是双边遥操作系统）开始受到广泛关注和研究。采用这种双边遥操作方式的机器人系统，远端机器人“感知”到的机器人和环境的交互信息和即时环境信息，能够实时地反馈给操作者，使操作者仿佛是在身临其境地操作机器人，进而精准、有效地操作机器人完成远端的一系列复杂任务。这门技术对工作在未知危险环境中的机器人更是具现实意义。
进入21世纪后，计算机网络技术得到了飞跃式发展，这不但给交互式远程操作机器人提供了一个更加开放的、更加共享的和更加廉价的信道，还给远程操作机器人技术提供了广阔而深有潜力的应用发展空间。双边遥操作机器人系统的实现，显著提高了机器人的作业能力，极大提高了操作者的人身安全和工作效率。这意味着人们从此可以安全地完成危险未知环境或者远距离的作业任务，在不久的未来，这门技术在如未知空间探索、远程操作、深海作业、核材料处理、远程医疗、远程实验、远程排雷作业等等方面一定会发挥出其无与伦比的技术优势和发展潜能。
国内外研究现状及发展趋势
国外发展现状
国际上最先开展相关技术攻关并取得突破的是美国，并于1967年成功完成Surveyor III型登月器在月球的着陆工作，其携带的机械臂成功完成了土壤收集和相关参数测量等预定任务，这是人类历史上首次进行的机器人遥操作实验。1969年，前苏联的Lunakod1月球车首次成功实现了在控制回路中施加时延的情况下进行空间机器人的连续主从遥操作。1976年7月和9月，美国的Viking I、II 号火星登陆车分别成功登陆火星，由于登陆器与地面基地的通讯延时超过 30 分钟，连续主从遥操作无法进行。喷气推进实验室(JPL)针对这个问题设计了空间机器人的首个计算机辅助遥操作系统，这套系统辅助操作人员远程控制登陆器的机械臂成功完成了实验任务。上世纪八十年代开始，随着空间技术的快速发展进步，空间机器人的遥操作技术应用变得越来越广泛，截至目前，已经有多套空间机器人遥操作系统成功地进行了在轨试验。这其中包括：欧空局(ESA)ROTEX试验系统、日本的ETS-VII系统、德国的ROKVISS 系统、德国DLR研制的TECSAS系统、美国火星漫游者探测器和“轨道快车”计划等等。这些研究都能够完成一些典型的遥操作任务，并且也取得了一定的成果，这为遥操作技术在空间机器人方面的应用打下了很好的基础，显示出了遥操作空间机器人技术在空间探索上巨大的应用前景。但科学家们同时也看到，遥操作空间机器人技术距离全面而广泛的应用还有很长的路要走，许多关键技术都亟待取得突破。
国内发展现状
与国外相比，虽然我国进入空间遥操作领域的时间较晚，和国外顶尖机构的研究水平相对比还有一定的差距，但我国技术起点较高，且整合资源、合力攻关的能力更强。通过各学科专家集中研究力量，突出重难点，有步骤、分阶段开展的空间遥科学/遥操作和空间机器人等等关键技术的攻关和整合，我国目前在相关理论研究、控制系统设计和实验研究等方面已经取得了很多有价值的成果，大大提高了我国在空间遥操作领域的科研能力。
我国的“863”高新技术研究计划从1993年开始已经把遥操作技术和相关技术作为智能机器人的关键技术，列入了重点研究项目。到目前，从国内各研究机构研究的情况来看，清华大学已经开发出基于临场感的机器人遥操作系统；国防科技大学的研究是基于VR技术的监控式大时延遥操作机器人的系统；哈尔滨工业大学成功研究出空间机器人的共享系统；而上海交通大学则是开发出基于Web的机器人遥操作系统；南开大学则开发了基于互联网的主从式遥操作平台；，除此之外还有很多研究成果未列出。由上可见，国内许多著名院校和科研机构的众多研究人员在不懈的研究和探索下，不仅使我国的遥操作技术取得了一系列重大技术突破，还显示出我国研究、开发以及应用遥操作技术的实力和决心。
三、相关技术及其介绍
1、波变量法
文献[1]详细证明了波变量方法能够保证移动机器人遥操作系统在任意时延下稳定，但是它对系统的稳定性是十分保守的，往往是以牺牲系统可操作性能为代价。而本文在传统的波变量遥操作系统基础上，避开对波变量内部结构进行改变，在外部主从端之间直接引入PＤ调整器，避免了对通信环节无源性的破坏。仿真实验结果表明，此方法在保证系统稳定的同时能有效提高主从端的跟踪性，同时也为时变时延的遥操作研究奠定了基础。
2、基于力反馈的双边遥操作时滞依赖控制
文献[2]首先给出了遥操作机器人系统的动力学模型和运动学模型，这是进行双边控制算法研究的基础。对遥操作控制性能中的稳定性和透明性进行了阐述，并且对时延造成遥操作系统不稳定的原因进行了理论分析。给出了遥操作机器人系统的通用控制目标，为控制器的设计提供了依据。
基于文献[2]的运动学和动力学分析，文献[3]获取了主从手的运动学和动力学信息，为局部控制做准备。以主手为例，在动力学分析的基础上，依次进行关节位置控制设计，指尖位置控制设计，基于位置控制的阻抗控制，获取具有期望动力学特性的主从手系统，并进行阻抗控制实验。接着，根据设计好的主从端系统，建立遥操作系统的数学模型。选取合适的Lyapunov-Krasovskii 泛函，对时滞依赖控制的保守性问题进行分析，根据自由权矩阵法，对遥操作系统进行鲁棒镇定分析。进一步，根据吴敏提出的对状态时滞系统的鲁棒 Hinfin;控制器设计方法，推导出输入时滞系统的鲁棒 Hinfin;控制器设计方法，并给出数值实例，以此为基础设计遥操作控制器，进行双边遥操作时滞依赖控制实验，最后给出实验结果以及局部控制器对遥操作系统的影响分析。
