復雜大時延的多主多從共享遙操作方法

李文皓，張珩，馮冠華,*

1. 中國科學院 力學研究所，北京 100190 2. 中國科學院大學 工程科學學院，北京 100049

在實現空間機器人完全自主作業前，遙操作仍是遠程操控空間機器人的最重要方式之一[1]。共享遙操作被認為是拓展空間復雜任務、提升空間機器人遙操作可靠性的有效手段[2]。區別于單操作員單機器人(Single-Master/Single-Slave，SM/SS)遙操作的“共享模式”(遙操作員的操作指令與現場閉環的操作指令進行共享、分配和融合，構成遙操作的融合指令)，共享遙操作是指遙操作員與遙操作員之間、遙操作決策者與遙操作決策者之間、遠端現場機器人與機器人之間的共享，是通過多個操作端和多個遠端現場的閉環機器人、多個操作員與多個遠端現場環境之間的共享[3-4]。共享遙操作技術提升遙操作可靠性效用的原因有：① 提供操作端的冗余和備份，提高大系統運行的可靠性；② 提供不同地域的遠程在線策劃能力，提高在線任務決策可靠性；③ 提供遙操作人員間的集同決策和協同操作能力，提升復雜系統復雜任務和多操作對象的協同操作可靠性。

時延環境是遙操作區別于現場操作的主要特點之一[5]。在SM/SS遙操作中，時延使操作員對現場情況的掌握以及操作意圖在現場的實施滯后，從而影響操作穩定性。對于共享遙操作，特別是多操作員多機器人(Multi-Master/Multi-Slave，MM/MS)共享遙操作，時延環境將帶來若干新問題[6-8]。① 復雜操作：MM/MS共享遙操作中，任一操作端進行操作時，對本操作端的操作對象是改變其狀態，而對其他操作端是改變其操作對象所在的操作環境；而且，在沒有主動交互的條件下，本操作端幾乎無法預報被非本操作端操控的對象行為，同時時延影響將延遲操作員對這一類環境變化的感知。② 復雜時延：各操作端處于異地時，時延存在于現場與各個操作端間(即遙操作回路時延，定義為上行時延τu和下行時延τd之和，即τu+τd)，同時也存在于操作端與操作端間(即共享交互時延，定義為τc)，在不確定時延環境下，操作端數量、各操作端的共享交互時延與遙操作回路時延的不同比值(定義時延比為Rτ=τc/(τu+τd))等復雜情況，給共享遙操作中的操作、協調和交互策略的制定與選擇帶來了挑戰。③ 復雜系統：不同機器人對象的操作端設計差異性問題，會加劇共享協調操作策略的制定難度。

1 研究現狀

自20世紀90年代，研究者們逐步完成了從傳統的SM/SS到共享遙操作系統的研究。Goldberg等[9]于1994年研制了世界上第一個基于Web瀏覽器的遙操作系統，該系統允許多個在線用戶同時查看狀態圖片信息，但單次僅允許一名用戶操作機器人。Taylor等[10]于1994年以類似的方法建立基于Web瀏覽器的遙操作系統，第一次實現6自由度工業機器人的遠程操作、抓取和搬動工作臺上的物品。上述2個系統均受到時延和分時吞吐量的困擾[11]。Kheddar等[12]于1996年首次完成了單個操作者通過一個虛擬環境，同時操作4個具有不同動力學性質、分布于4個位置(包括美國、法國和日本)的機械臂，執行相同的拼圖任務，但未考慮時延問題。Xi等[13]于1996年提出了一種新型的基于事件智能控制方法和Internet多機器人協調遙操作建模方法，以解決MM/MS遙操作系統中的不確定時延問題。Ohba等[14]于1999年給出了影響MM/MS共享遙操作系統應用性能的幾個關鍵約束，實驗中通訊時延造成的從操作手運動的不確定性，他們通過改變從機器人在主操作手端顯示時的厚度來彌補，但是犧牲了從操作手可進入的有效區域，使其運動空間受限，操作精度降低。Goldberg等[11]于2000年首次建立了基于Internet的多操作員單機器人(Multi-Master/Single-Slave，MM/SS)共享控制系統，研究了多操作員之間的協調和協作等控制問題。Chong等[15]于2000年研究了基于Internet的MM/MS協作技術，考慮了多機器人運動干涉的協調與合作控制問題；同年，他們首次研究了MM/MS共享遙操作系統中時延處理問題[16]，通過建立分布于兩個實驗室(日本的MEL(Melbourne Robotics Laboratory)和TMSL(Toshiba Mechanical System Laboratory))間的雙操作員雙機器人實驗平臺，研究多機器人協作控制技術，提出了多種避免多機器人運動沖突的協調控制方法，并通過仿真實驗驗證了其有效性。在Xi等[13]的工作基礎上，Lo等[17]于2004年提出一種基于事件的分布式控制方法，用于基于Internet的實時力反饋異地MM/MS遙操作系統，以解決由于時延造成的系統不穩定性等問題，提高實時效率，最終通過位于中國內地、中國香港及美國三地的雙操作員雙機器人遙操作系統的多次實驗，驗證了提出方法的有效性及其性能。Sirouspour[18]于2005年提出一種MM/MS遙操作多邊控制系統框架，該架構包括了所有操作端和操作對象的力和位置信息流，同時引入了一種μ綜合控制方法，用于保證多機器人之間和多操作員與環境動力學間的動力學交互魯棒穩定性，最終通過實驗驗證了其有效性。Khademian和Hashtrudi-Zaad[19]于2007年針對雙操作員遙操作系統，提出了一種四通道多邊共享控制結構，引入一個優勢因子，使該控制結構可保證兩個操作員和從端及其環境間的交互，調節操作員的控制權重，并給出/驗證了多種性能指標，用于分析雙操作員遙操作系統的透明性；于2011年[20]針對雙操作員遙操作系統，又提出了一種六通道多邊共享控制結構，通過一個雙操作員單機器人觸覺模擬試驗平臺實現并測試了控制器；于2013年[21]提出了一種魯棒穩定性分析框架，用于多主多從遙操作系統的無條件穩定性分析，并在基于多邊共享控制結構的雙操作員遙操作系統上驗證了該框架。Passenberg等[22]于2010年提出一種基于遠端環境先驗的模型介導MM/MS遙操作，在操作端渲染出遠端環境的估計模型，替代傳統的力/速度信息流的傳輸，同時理論分析了其魯棒性和準確性，實驗驗證了實際效率。Panzirsch等[23]于2015年給出一個MM/SS多邊觸覺遙操作系統，通過虛擬抓取點的笛卡爾坐標系下的任務分配，簡化其執行任務，引入時域無源性方法，保證時延下系統的穩定性。2017年，Panzirsch等[24]又提出一種觸覺意圖增強的控制方法，每個操作者的力反饋會由于其他操作者的操作意圖信息而增強，通過國際空間站與地面兩個地點的異地MM/MS遙操作，驗證了提出的協作機制對通信信道具有較強的魯棒性，但是操作意圖增強方法對不同任務的通用性和適應性有待進一步分析研究。

國內西北工業大學的黃攀峰教授團隊[3,7,25]于2016年提出了一種面向空間遙操作的非對稱雙人共享控制方法，建立了時延影響下的非對稱雙主單從共享控制系統模型，仿真和實驗表明非對稱雙人共享控制具有較好的透明性和抗時延影響特性；于2017年提出了一種無力-力矩和加速度傳感器雙臂遙操作系統的預測控制方法，在控制結構中建立了位置預測器和力預測器，用于估計隨機時延下的遠端位置狀態、接觸力和動力學不確定項，并提出了一種自適應模糊控制策略，估計和抑制不確定項以保證系統位置的同步誤差收斂到零，估計力接近實際值，最終借助半物理平臺進行了試驗驗證；于2018年提出了一種雙臂協同遙操作共享控制方法，方法結合四通道控制結構和共享控制，通過主從端控制器中優勢因子的引入與調節，改變主端的控制權重，主端可感受協作端的操作意圖，提高了操作精度和效率。哈爾濱工業大學的劉宏教授團隊[26-28]于2008年建立了衛星在軌自維護系統的地面遙操作平臺，遠端為一個四自由度機器人和靈巧手的臂/手系統，采用3D圖形預測仿真技術和虛擬夾具法，在大時延及變時延(約7 s)條件下，實現了武漢遙操作哈爾濱的自維護機器人臂/手系統，成功地完成了打開太陽能帆板的典型衛星在軌維護任務；于2018年建立了由雙臂、雙手、頭部等構成的機器人航天員系統，可實現機器人航天員的自主柔順操作、航天員在軌或地面遙操作等控制，進行了驗證性演示和模擬維修試驗，并在天宮二號空間實驗室部署了單臂手系統，完成了多種人機協同在軌遙操作試驗。哈爾濱工業大學的趙杰教授團隊[29-30]于2005年提出了“虛擬向導”概念，解決了MM/MS遙操作任務執行過程中操作員操作意圖不可預測的問題；于2011年建立了基于虛擬環境的MM/MS協作遙操作系統，研究了分布式虛擬環境的一致性控制問題，解決了遙操作系統一致性控制中的時鐘同步、滯后時間、狀態修復等問題。

從現有的國內外研究情況來看，復雜大時延下的共享遙操作的理論和實驗研究尚屬于初步開展階段，研究成果還未形成系統性結論。考慮到空間復雜任務和復雜系統的應用，未來遙操作必然由單對單向群體性發展。不同地、不同時、不同對象以及可擴展的群體操作特點，要求隨地(意味著不同時延)隨時(意味著操作端不同數量)條件下的協同共享操作，對復雜群體操作的協調、調度、動態構造規則提出了強烈需求。隨著研究的深入，在MM/MS共享遙操作技術中，分布式的操作端如何準確獲知其他操作端的操作意圖是難以逾越的問題，對共享操作端的控制和操作規則制定帶來了難度，多回路中不確定時延的復雜情況，會使操作端間的共享數據交互準則更難設計，為克服時延，一個協調和判定分布式的各操作端操作有效性的中間服務節點可能必不可少。不確定大時延影響消減、主從端的跟蹤性和透明性等均是(共享)遙操作系統設計時必須考慮的問題，解決有限帶寬與地面操作員對空間復雜動態環境認知需求之間的矛盾等仍是(共享)遙操作的研究熱點，目前的共享遙操作方法研究中，尚未有效利用遙操作端的特有優勢(相比于現場操作端，遙操作端為克服時延會具備特有的超前預報技術)，而該特征有可能成為解決共享遙操作問題的鑰匙。此外，目前多數研究還是基于2個左右操作對象的共享遙操作，或者多個遙操作節點操作同一個對象，更大規模的操作對象集群、更多操作端的接入情況還有待進一步研究和突破。本文利用遙操作系統的超前預報特性，提出一種機器人復雜大時延的共享遙操作方法。

2 系統描述

2.1 系統描述及分時樹狀分組策略

共享遙操作的機器人系統中，處于不同地區的操作員協作遙控遠端的一個或多個機器人來共同完成一項任務。多個操作端和多個操作對象連接到同一個通訊系統中，在各遙操作端的超前預報技術的輔助下，每個操作員通過操作端控制操作對象，共同完成遠端的復雜遙操作任務，操作端之間均存在復雜大時延和數據共享，且時延值可能不同；在不同的時間段，針對不同的遙操作任務，系統需主動在線管理和協調所有操作端和操作對象的操控關系，定義這樣的系統為MM/MS共享遙操作系統，如圖1所示。

圖1 MM/MS共享遙操作系統Fig.1 MM/MS cooperative teleoperation systems

具體地，處于地點i(i=1,2,…,m)的地面操作端Ci(s)和操作員i組成廣義控制器i，同時，建立主動式中間服務節點，用于協調和判定各操作端的有效操作，提高各操作端間的共享數據交互功效，即中間服務節點主動管理和仲裁各操作端的操作狀態，維護各操作對象的預報/實測狀態信息；中間服務節點和所有操作端構成了地面遙操作系統群，操作端與操作端間、操作端與中間服務節點間均存在數據共享交互。現場控制器Gcj(s)(j=1,2,…,n)、空間機器人Gj(s)和作業環境j共同構成廣義被控對象j。

針對MM/MS共享遙操作系統的不同地、不同時、不同對象以及可擴展的群體操作特點，同時考慮其不確定大時延下的復雜群體操作協調、調度和動態構造等要求，由廣義控制器分配空間遙操作任務，根據任務規劃分時段將任務劃分為若干個子任務w(w=1,2,…)，基于操作端與操作對象所需操控關系等，將系統群中的所有操作端及操作對象進行分組，以便管理和協調異地的各操作端操作。針對每個時間段下的子任務w，將所有操作端和操作對象劃分為N(N≥1，整數)組，每個組內操作端和操作對象是所需的操控對應關系，本文分別定義這些組為SM/SS組(包含一個操作端及其對應操作的一個對象)、MM/SS組(包含多個操作端及其對應操作的一個對象)和單操作員多機器人(Single-Master/Multi-Slave，SM/MS)組(包含一個操作端及其對應操作的多個對象)，如圖2所示。

圖2 MM/MS共享遙操作系統分時樹狀分組示意圖Fig.2 Diagram of timesharing tree-like grouping for MM/MS cooperative teleoperation systems

(1)

(2)

(3)

如圖2所示，t0為系統的基準時刻，以時間段tw～tw+1的子任務w為例，針對子任務w，需要操作端1遠程操控對象1、2和3，操作端2和3遠程操控對象3，操作端i遠程操控對象j，且操作端m遠程操控對象n。中間服務節點將操作端1和對象1、2劃分為一個SM/MS組；將操作端2、3和對象3劃分一個MM/SS組；類似地，將操作端i和對象j、操作端m和對象n均劃分為SM/SS組。特別指出，考慮到操作端1遠程操控對象3時，操作端2和3也需遠程操控對象3，因此，此時僅將對象3劃分到MM/SS組。

2.2 時延環境描述

在子任務w期間，各操作端之間存在單向傳輸時延Tc，各操作端與各操作對象間也存在單向交互時延，包括上行時延Tu和下行時延Td；同時，中間服務節點與各操作端之間也存在單向傳輸時延，包括操作端到中間服務節點的時延T′u和中間服務節點到操作端的時延T′d。定義系統的時延信息矩陣為

T=[Tc,Tu,T′u]

(4)

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(6)

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(8)

(9)

3 方法的假設條件

3.1 復雜大時延下的超前預報特性分析

當共享交互時延明顯小于遙操作回路時延時，即(τu+τd)≥τc，任何非操作中的操作端在遠端實測狀態到達前，均能提前接收到由操作中的操作端發出的即將執行的操作指令(即提前獲取操作意圖)，因此共享操作端可根據該指令預報或加速向前預報，補償交互時延的影響。

當共享交互時延與遙操作回路時延相當時，即(τu+τd)≈τc，此時不能保證實測狀態到達前，收到當前操作端發來的操作指令，但是由于遙操作指令能夠提前預知，通過有效的上行時延影響應對機制或者加速向前預報等的方式，可一定程度上降低時延影響。

當共享交互時延明顯大于或遠大于遙操作回路時延時，即(τu+τd)≤τc，此時如果繼續采用共享遙操作，將以操作連續性為代價，共享操作將會退化為半離線化的操作-等待-操作，嚴重影響遙操作的時效性，極大地降低遙操作對空間任務的適應性。

3.2 共享遙操作的前提條件

在子任務w期間，為充分發揮超前預報性能，復雜大時延的共享遙操作需具備如下前提條件。

1) 時間同步。共享操作端間、各操作端與對象間、各操作端與中間服務節點間有相同的時標基準，以此為基礎建立時標軸。

2) 時延估計。定時測定并更新各操作端與遠端對象、中間服務節點的回路時延值，各操作端與其他操作端間的共享交互時延值。

3) 各操作端具備加速仿真和模擬能力。各操作端具備在時標驅動下，不同模式切換中的加速仿真和模擬能力。

4) 時標信息的充分性。時間同步或基準時標可通過在各操作端的上行指令和各操作對象的下行數據中填充時標來實現，至少包括：上行指令的期望執行時標te、上行指令發送時標tS、上行指令對應的接收時標tr、對應序號上行指令的執行時標tE及其完成并穩定時標t′E。

5) 操作端能力需求。每個組內各操作端至少有組內對象的預報模型和其他組對象的狀態監測模型，至少能對組內的對象進行操作，可不具備干預其他組對象的操作能力。

6) 跟蹤性和透明性。系統集群中的單個遙操作系統具有較好的主從端跟蹤性和透明性。

4 組間共享遙操作方法

在子任務w期間，按照2.1節所述方法對系統內所有操作端和操作對象分時樹狀分組，由式(3) 可知，分組后可能包括多個SM/SS組、SM/MS組或MM/SS組，組與組間、組內的操作端與操作端間均存在操作數據共享交互，因此需要分別針對組間及組內給出相應共享遙操作方法。本節將給出組間共享遙操作方法。

組間共享遙操作通過中間服務節點實現，中間服務節點不斷處理來自各組的遙操作請求，及時發送允許遙操作的權限信息，同時實時維護并更新組的狀態信息。因此，中間服務節點本地針對每個組ι(ι=1,2,…,N)設置用于存儲操作端操控請求序列的遙操作請求集合δι和用于存儲操作對象的狀態信息集合σι，狀態信息包括：操作對象的預報狀態信息和實測狀態信息、操作端及其操作對象的操控狀態(操作中/未操作)。

在子任務w開始前，以任意操作對象的時鐘作為系統的基準時刻t0，對各組間、組內、各組與中間服務節點間進行時間同步，并持續地保持時間同步。

如圖3所示，介入組ι(ι=1,2,…,N)的操作前，向中間服務節點發送操作申請，由中間服務節點確定為有效操作申請后，更新中間服務節點處的遙操作請求集合δι，同時該組接收來自中間服務節點的狀態信息數據，組內對應的操作端完成在線環境模型重載，并根據重載的環境模型和預期的操作任務，生成相應的帶有期望執行時刻的操作指令序列cι(te)，發送至組ι的對象；發出指令序列的同時，啟動預報模型，對本指令序列下的對象運動狀態進行加速預報，將預報的帶有對應時刻(開始時刻為指令的發出時刻tS，結束時刻為指令完成并穩定的時刻t′E)的預報狀態信息數據發送至中間服務節點處的狀態信息集合σι。組ι產生的操作指令為

cι(te)=[cι,tι]

(10)

式中：te為該指令的期望執行時間；cι為指令內容；tι為該指令的時標矩陣。且

tι=[te,tS,tr,tE,t′E]

(11)

式中：tS為指令的實際發送時刻；tr為該指令的接收時刻；tE為該指令的實際執行時刻；t′E為該完成并穩定的時刻。tr、tE和t′E由組ι的操作對象接收時賦值。期望執行時間te設定方法為

(12)

中間服務節點接收到被操作對象的現場實測狀態信息數據時，將預報狀態信息數據替換為同時刻的實測狀態信息數據，組ι以新模型加速預報至t′E，用最新預報數據替換先前的預報狀態信息數據，重復該過程。當本指令序列執行完成并穩定，且實測狀態數據接收完成后，如果還需繼續操作，則重復上述過程。如果結束操作，則發送申請將中間服務節點的組ι的操控狀態置為未操作。

圖3 MM/MS異地共享遙操作架構及流程示意圖Fig.3 Architecture and procedure of MM/MS cooperative teleoperation at different locations

4.1 時延信息維護規則

(13)

此外，定時檢測并更新操作端i本地存儲的單向傳輸時延。如式(4)所示，獲取時延信息矩陣T后，操作端i(i=1,2,…,m)本地存儲單向傳輸時延信息矩陣Ti，即

(14)

(15)

(16)

4.2 操作請求判斷和狀態信息維護方法

基于分組策略式(2)和分組信息式(3)，定義系統的操作端及其操作對象操控狀態信息ζ為

(17)

(18)

式中：

(19)

5 組內共享遙操作方法

SM/SS組或SM/MS組均只包含一個操作端，因此在整個子任務執行過程中，任意時間段的操作均是單個操作端操作單個對象，因此SM/SS組和SM/MS組內不存在共享操作。

MM/SS組需指定組內的主操作端，其余操作端為輔助/觀測操作端(觀測操作端不參與操作對象的操控)。主操作端的遙操作請求直接向中間服務節點發送，而輔操作端的遙操作請求需首先發送至主操作端，再由主操作端發送至中間服務節點。

5.1 MM/SS組內操作端類型劃分

考慮組內主操作員(如專家)所在位置及各操作端的設備性能等因素，假設MM/SS組有z(z≤m)個操作端，指定操作端p(p=1,2,…,z)為主操作端，劃分操作端q(q≠p,q=1,2,…,z)為輔助操作端或觀測操作端，劃分方法為

(20)

(21)

(22)

5.2 MM/SS組內操作指令期望執行時刻設置

組內操作端i(i=1,2,…,z)產生的操作指令ci(te)，其期望執行時刻te由于操作端類型的不同而不同，設置方法由式改(12)變為

(23)

5.3 MM/SS組內操作指令融合

當多個操作端同時操作，且輔助操作端產生并傳輸至主操作端的操作指令與主操作端自身產生的操作指令具有相交的期望執行時段時，在主操作端處，對多條具有相交期望執行時段的操作指令進行融合處理，將處理后的單條操作指令及其期望執行時刻分別傳輸至操作對象和其余z-1操作端。對于相交時段中的每個時刻tc，操作指令融合處理：

(24)

6 MM/SS系統共享遙操作方法

針對MM/MS共享遙操作系統，引入了用于管理和仲裁各操作端的主動式中間服務節點，同時針對系統中的MM/SS組，指定了管理組內各操作端的主操作端，相當程度上，對于MM/SS組主操作端可以完全替代中間服務節點的功能。因此，當共享遙操作系統由MM/MS系統變為MM/SS系統時，中間服務節點可退化到主操作端處，由主操作端替代完成中間服務節點的功能。

在持續地保持時間同步前提下，按照4.1節所述的時延信息維護規則，實時檢測并更新每個操作端本地的與其他操作端和操作對象之間的單向時延值，在中間服務節點完成的功能均由主操作端替代完成，主操作端不斷處理來自各操作端的遙操作請求，及時發送允許遙操作的權限信息，同時實時維護并更新狀態信息。此外，主操作端本地存儲操作端及對象的操控狀態信息ζ由式(17) 簡化為式(25)，操作狀態值取值方法按照式(26)。

(25)

(26)

式中：οi(i=1,2,…,m)和υ表示具備對應操作關系的操作端和操作對象狀態值應同時取值。

指定系統內的任一操作端p(p=1,2,…,m)為主操作端，劃分除主操作端外的操作端q(q≠p,q=1,2,…,m)為輔助操作端或觀測操作端，劃分方法參照式(20)，主操作端本地存儲的時延閾值τT設定方法參照式(21)，設定范圍由式(22) 變更為

(27)

對于操作端i(i=1,2,…,m)產生的操作指令ci(te)，其期望執行時刻te仍按照式(23)設置，操作指令融合參照式(24)。

7 不確定大時延下共享遙操作實驗

圖4 某大型空間機械臂地面試驗的MM/SS共享遙操作系統實例Fig.4 MM/SS cooperative teleoperation systems for ground test of large space manipulator

表1 第1類實驗條件及結果Table 1 Conditions and results of experiments (Type 1)

限于篇幅，僅給出實驗組5某次實驗(20 s不確定大時延條件，不確定時延模擬圖如圖5所示)的操作端1的關節角度和各操作端的關節角預測誤差，分別如圖6和圖7所示，任務由t0時刻開始，共執行了約700 s，t0～t2時段1、t2～t4時段2和t4～t6時段3分別執行子任務1、2和3，子任務1、2和3的主操作端分別為操作端1、2和3。圖6中，t2和t4時刻為子任務間的過渡時刻，也是主操作端的切換時刻；t0、t1、t3和t5時刻均為新的指令序列的啟動時刻。

為對比不采用共享遙操作方法時的操作效果，設計了第2類實驗，包括實驗組6～7，任務時段劃分與主操作端切換順序與第1類實驗相同，實驗組6和實驗組7設置相同的實驗條件，如表2 所示。其中，實驗組6中僅操作端1和操作端2使用共享遙操作方法，操作端3不使用；實驗組7中僅操作端1和操作端3使用共享遙操作方法，操作端2不使用。僅給出實驗組6和7下某次實驗的各操作端的關節角預測誤差，分別如圖8 和圖9所示。

圖7 實驗組5某次實驗的各操作端的預測誤差Fig.7 Operator predication errors of experiment in Group 5

圖8 實驗組6某次實驗各操作端的預測誤差(操作端3不使用共享遙操作方法)Fig.8 Operator predication errors of experiment in Group 6 (Operator 3 does not use the cooperative teleoperation method)

圖9 實驗組7某次實驗的各操作端的預測誤差(操作端2不使用共享遙操作方法)Fig.9 Operator predication errors of experiment in Group 7 (Operator 2 does not use the cooperative teleoperation method)

第1類和第2類實驗的結果表明：

1) 采用提出的共享遙操作方法，在20 s級不確定大時延環境下，時延比Rτ由0～1，主操作端時段、主輔全時段平均預測誤差均在10-3(°)量級，影響不明顯，說明均可實施連續穩定的遙操作。

2) 當系統中存在不使用共享方法的操作端時，有兩個現象：① 任意子任務由該操作端作為主操作端實施操作，均會影響輔助操作端的共享狀態數據處理，如圖8的時段2和圖9的時段3,且有可能影響下個時段的共享遙操作，如圖9(a)的時段3;② 使用共享方法的操作端，不會影響不使用共享方法的操作端，如圖8(c)和圖9(b)。

表2 第2類實驗條件Table 2 Experimental conditions (Type 2)

8 結 論

1) 利用遙操作系統的超前預報特性，提出了一種面向空間對象的復雜大時延的共享遙操作方法，通過數字仿真實驗表明，本論文給出的分時樹狀分組策略、前提條件、組間信息/狀態維護規則及組內操作融合算法，可有效應對復雜時延環境下的共享遙操作。

2) 本文方法要求所有操作端均遵守共享操作規則，當交互時延與遙操作回路時延比Rτ>1時，會使共享遙操作端出現短時的預測誤差積累，但對平均預測誤差影響不明顯。

3) 本文方法的實施需保證，共享遙操作集群中單個遙操作系統具有較好的跟蹤性和透明性，或者滿足本文描述的“超前預報特性”前提。參加集群操作的對象各異，對應的遙操作系統也不盡相同，因此需保證時標信息充分(時間同步)，但是并非所有的遙操作系統都會要求使用該條件；此外，其他時延估計方法、狀態預報技術等，其精確度和快速性對系統群的穩定性和透明性等帶來的影響，有可能在群體協調中放大，目前在這些方面的研究有待加強。