Performance-Trad-offs bei der Optimierungsbasierten Gestaltung von Teleoperationscontrollern mit Anwendungen in der Mikrochirurgie

Zusammenfassung Dieser Artikel behandelt die Themen Leistungs- versus Stabilitätsrobustheitstrad-offs bei der Gestaltung von bilateralen Teleoperationscontrollern. Zwei Ansätze werden vorgestellt. Der erste Ansatz verwendet die Standard-H∞-Optimierung und Gewichtsanpassung, um die Controllergestaltung zu erkunden, wobei angenommen wird, dass die Impedanzen von Hand und Umgebung bekannt und fest sind. Der zweite Ansatz nutzt die Youla-Bongiorno "Q"-Parametrisierung von Controllern. Transparenz- und Robustheitsmaße werden als funktional definiert, während Controller als Lösungen konvexer Optimierungsprobleme erhalten werden. Stabilität für eine oder mehrere festgelegte Handimpedanzen und alle passiven Sklavenumgebungen kann garantiert werden, indem eine konvexe Passivitätsbedingung definiert wird. Das Design der Controller und die Handelskonflikte für ein Bewegung-skalierendes Teleoperationssystem, das für den Einsatz in Mikrochirurgie-Experimenten konzipiert wurde, werden vorgestellt. Die Auswirkungen von Gewichtsanpassungen im Rahmen der H∞-Optimierung und die Handelskonfliktkurven zwischen den Maßen für Transparenz und Robustheit, die durch konvexe Optimierung gewonnen wurden, werden dargestellt.