无传感器 4 通道双向遥操作系统设计与实验验证：面向低成本操作机械臂

低成本操作机械臂的遥操作技术正日益受到关注，作为收集仿真学习示教数据的一项实用方法。然而，大多数现有系统依赖单向控制，缺乏力反馈，在受限感知条件和带宽限制下的快速或接触密集型操作中性能受限。本文展示，在采用无传感器的 4 通道双向控制框架的情况下，实际的高速双向遥操作搭配力反馈，可在无力传感器的低成本操作机械臂上实现。该方法集成了非线性动力学补偿与基于扰动观察器的速度与外部力估计方案，实现了稳定的位置-力交互，避免了因低成本系统中常见的滞后速度估计导致的性能衰减。通过在频域解释观察器结构，阐明了速度估计带宽与外部力估计带宽之间的内在耦合关系，表明观察器调参自由度可简化为单个截止频率，为低成本实现提供了实用的硬件导向参数调优指导。实际机器人实验表明，在高速和接触密集场景下实现了稳定且精确的遥操作。 Furthermore，作为一种应用，本文表明，在所提方法收集的示教数据中融合力信息，可显著提升仿真学习在多项操作任务中的成功率。