自然切换导纳控制器

力超阈值自动切模式

一种用于CFETR远程操作的双边控制器，在力超过阈值时自然切换速度与导纳控制，保障操作安全。

Zhang, Jun · Ke, Wu · Zhang, Xuanchen · Han, Hao · 张涛 · Wei, Zhang · Yong, Cheng · 陆坤

Nuclear Engineering and Technology 2025

技术优势

力超阈值自动切换

当交互力超过预定值时，控制模式从速度控制自然切换到导纳控制，避免过大接触力，保障操作安全。

切换过程平滑无冲击

提供了控制律和切换函数，实现两种模式之间的自然平滑切换，减少了模式切换时的瞬态冲击。

通过稳定性分析验证

基于无源性控制理论进行了稳定性分析，从理论上保证了NSVAC系统的稳定性。

仿真实验双重验证

通过仿真和实验验证了NSVAC方法的有效性，结果表明其满足实际操作要求并全程保障安全。

应用场景

• 远程操作机器人：让远程操作机器人在接触未知环境时自动调整控制模式，避免因操作者反应延迟导致过大的接触力。
• 遥操作医疗机器人：在精细遥操作任务中，当器械接触组织力超过安全阈值时自动切换为导纳控制，防止损伤。
• 核设施维护：用于CFETR等核设施维护中的远程操作，在力交互复杂的环境下保障操作安全。
• 人机协作控制：提供一种基于力阈值的控制模式切换策略，提升人机协作中机器人的顺应性和安全性。