KR20170086302A - Method for stablizing multilateral teleoperation and system therefor - Google Patents

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KR20170086302A
KR20170086302A KR1020160005978A KR20160005978A KR20170086302A KR 20170086302 A KR20170086302 A KR 20170086302A KR 1020160005978 A KR1020160005978 A KR 1020160005978A KR 20160005978 A KR20160005978 A KR 20160005978A KR 20170086302 A KR20170086302 A KR 20170086302A
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Abstract

다수의 터미널들 간의 원격제어를 안정화하기 위한 시스템으로서, 상기 다수의 터미널들은 복수의 제 1 타입 터미널 및 적어도 하나의 제 2 타입 터미널을 포함하고, 상기 시스템은, 상기 제 1 타입 터미널과 상기 제 2 타입 터미널을 연결하는 네트워크로서, 상기 네트워크는 상기 제 1 타입 터미널로부터 입력 에너지를 수신하여 상기 제 2 타입 터미널로 전송하고, 상기 제 2 타입 터미널로부터 입력 에너지를 수신하여 상기 제 1 타입 터미널로 전송하는, 네트워크; 상기 네트워크의 수동성을 모니터링하는 수동성 관측기; 및 상기 네트워크가 수동성을 유지하도록 에너지를 방출시키는 수동성 제어기를 포함하고, 상기 수동성 관측기는, 상기 다수의 터미널들 중 터미널 i 를 제외한 나머지 모든 터미널들에 의해 발생하는 입력 에너지와 상기 네트워크를 통해 상기 터미널 i 로 출력되는 에너지를 각각 모니터링하고, 상기 수동성 제어기는 상기 모니터링 결과에 기초하여 상기 터미널 i 로 출력되는 에너지의 양을 조절하는 것을 특징으로 한다.10. A system for stabilizing remote control between a plurality of terminals, the plurality of terminals comprising a plurality of first type terminals and at least one second type terminal, the system comprising: Type terminal, the network receiving input energy from the first type terminal and transmitting the input energy to the second type terminal, receiving input energy from the second type terminal, and transmitting the input energy to the first type terminal , network; A passivity observer for monitoring the passivity of the network; And a passivity controller for releasing energy such that the network maintains passivity, wherein the passivity observer compares the input energy generated by all of the terminals except the terminal i among the plurality of terminals, i, respectively, and the passivity controller adjusts the amount of energy output to the terminal i based on the monitoring result.

Description

다자간 원격제어를 안정화하기 위한 방법 및 이를 위한 시스템{METHOD FOR STABLIZING MULTILATERAL TELEOPERATION AND SYSTEM THEREFOR} [0001] METHOD FOR STABLIZING MULTILATERAL TELEOPERATION AND SYSTEM THEREFOR [0002]

본 개시는 다자간 원격제어를 안정화하기 위한 방법 및 이를 위한 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 다자간 원격제어를 안정화하기 위해 다수의 터미널들을 연결하는 네트워크의 수동성을 보장하기 위한 방법 및 이를 위한 시스템에 관한 것이다.The present disclosure relates to a method for stabilizing multipoint remote control and a system therefor. More particularly, this disclosure relates to a method and system for ensuring the passivity of a network connecting multiple terminals to stabilize multipoint remote control.

지난 몇십 년간, 원격조종 기술은 우주 탐사, 수중 비즈니스, 채굴, 핵 및 독극물 처리, 수술, 및 엔터테인먼트 사업과 같은 다양한 분야에서 그 응용이 꾸준히 증가해왔다. 원격조종 기술은 사람의 지능과 반복성과 파워를 가진 로봇의 정확성을 결합시킴으로써 사람이 하는 것과 같은 조작 스킬을 사람에게는 너무 위험하고 접근하기 어려운 환경에 적용할 수 있도록 해준다. 이러한 장점은 마스터 로봇과 슬레이브 로봇의 조정된 제어를 통해 실현될 수 있다. 인간 조작자에 의해 명령된 마스터 로봇의 움직임은 슬레이브 로봇으로 전송되고, 슬레이브 로봇은 마스터 동작 명령을 그대로 따라하도록 제어된다. 슬레이브 로봇이 주변 환경을 조작할 때 계산되는 슬레이브 로봇의 상호작용 힘은 마스터 로봇에게 송신되고, 마스터 로봇은 이러한 피드백 힘을 모사하도록 제어된다. Over the past few decades, remote control technology has steadily increased in applications such as space exploration, underwater business, mining, nuclear and poisoning, surgery, and entertainment businesses. Remote control technology combines human intelligence with repeatability and robustness of the power of a robot, allowing manipulation skills such as human beings to be applied to environments that are too dangerous and difficult for people to access. These advantages can be realized through coordinated control of the master robot and the slave robot. The movement of the master robot commanded by the human operator is transmitted to the slave robot, and the slave robot is controlled to follow the master operation command as it is. The interaction force of the slave robot, which is calculated when the slave robot operates the surrounding environment, is transmitted to the master robot, and the master robot is controlled to simulate such feedback force.

최근 연구자들은 단일 원격조종에 비해 단체적 원격조종이 가지는 장점으로 인해 큰 관심을 보이고 있는데, 단체적 원격조종은 단일 원격조종에 비해 향상된 조작 능력과 더 높은 로딩 캐피시티와 사람들간의 보다 나은 공동 작업을 제공할 수 있다. 단체적 원격조종에서, 조작자들은 다양한 명령 전략들을 이용하여 다수의 마스터 로봇들을 통해 다수의 슬레이브 로봇들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 각각의 마스터가 슬레이브 각각에 배타적으로 명령하거나, 여러 마스터들이 단일 슬레이브에 함께 명령을 하거나, 단일 마스터가 여러 슬레이브들에 명령을 할 수도 있다. 따라서, 다수의 로봇들에 대한 햅틱 제어, 가상 쇼핑, 가상 프로토타입의 햅틱 정보 공유, 단체적 원격조종을 통한 수술 훈련과 같은 신흥 분야들뿐만 아니라 전통적인 원격조종 응용분야에서의 한계들도 단체적 원격조종이 해결할 수 있을 것으로 기대되고 있다. Recent researchers have shown great interest in the advantages of a single remote control compared to a single remote control, which provides improved maneuverability and higher loading capacity and better collaboration among people than a single remote control. . In the group remote control, operators can control multiple slave robots through multiple master robots using various command strategies. For example, each master may exclusively command each of the slaves, or several masters may command the same slave together, or a single master may command multiple slaves. Therefore, the limitations of traditional remote control applications as well as emerging areas such as haptic control, virtual shopping, virtual prototype haptic information sharing, and surgical training through grouped remote control, It is expected to be able to solve it.

청구항 확정 후 추가하겠습니다.I will add it after I confirm the claim.

도 1은 다수의 마스터들 및 다수의 슬레이브들을 가지는 단체적 원격조종 시스템의 개념도를 도시한다.
도 2는 통신 시간-지연을 가지는 (측정되는)위치-힘 양자간 제어 아키텍쳐의 양자간 원격조종 시스템의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 3은 도 2의 TDPN 표현을 도시한다.
도 4는 TDPN 에서의 에너지 흐름들을 도시한다.
도 5a는 임피던스 구성의 수동성 관측기 및 수동성 제어기를 이용하여 수동화된 시간 지연 전력 네트워크를 나타내는 회로도이다.
도 5b는 어드미턴스 구성의 수동성 관측기 및 수동성 제어기를 이용하여 수동화된 시간 지연 전력 네트워크를 나타내는 회로도이다.
도 6은 다자간 원격조종 시스템의 모든 가능한 신호를 도시한다.
도 7은 분리된 다자간 원격조종 시스템을 도시한다.
도 8은 다수의 힘 및 속도 소스들을 갖는 i번째 터미널의 네트워크 표현이다.
도 9는 다수의 에포트 소스들만을 고려한 i번째 터미널의 네트워크 표현이다.
도 10은 다수의 에포트 소스들을 갖는 i번째 터미널의 증강된 네트워크 표현이다.
도 11은 도 8에서 속도 소스들만이 고려된 네트워크 표현을 도시한다.
도 12는 다수의 속도 소스들을 가지는 i번째 터미널의 증강된 네트워크 표현이다.
도 13은 터미널에 대해 디커플링된 다자간 원격조종 시스템의 최종 네트워크 표현이다.
도 14는 TDPA를 통한 다자간 원격조종 시스템의 i번째 터미널의 결과적인 수동화된 아키텍쳐를 도시한다.
도 15는 TDPA를 이용해 덜 보수적으로 수동화된 i번째 터미널을 도시한다.
도 16은 다자간 원격조종 시스템의 에너지 흐름들을 도시한다.
도 17은 다자간 원격조종 시스템에서 디커플링된 에너지 관계를 도시한다.
도 18은 삼자간 원격조종 시스템을 도시한다.
도 19는 TDPN들 및 PO들/PC들을 갖는 도 18에서의 삼자간 원격조종 시스템의 디커플링된 3개의 네트워크 표현을 도시한다.
도 20은 제안된 다자간 제어기 없이 불안정한 위치/힘 응답을 보여주는 그래프를 도시한다.
도 21은 제안된 다자간 제어기 없이 각각의 TDPN에서의 입력 및 출력 에너지의 비교를 도시한다.
도 22는 제안된 다자간 제어기를 이용하여 안정적인 위치/힘 응답을 보여주는 그래프를 도시한다.
도 23은 제안된 다자간 제어기를 이용하는 경우의 각각의 TDPN에서의 입력 및 출력 에너지의 비교를 도시한다.
도 24는 마스터 1 및 슬레이브에 대한 덜 보수적인 버젼의 수동화 기법을 도시한다.
도 25는 제안된 덜 보수적인 다자간 제어기를 이용한 안정적인 위치/힘 접촉 응답을 보여주는 그래프를 도시한다.
도 26은 제안된 덜 보수적인 다자간 제어기를 이용한 출력 터미널에서의 입력 및 출력 에너지의 비교를 도시한다.
1 shows a conceptual diagram of a system for remote control with a plurality of masters and a plurality of slaves.
Figure 2 shows a block diagram of a bilateral remote control system of a position-force bilateral control architecture with (measured) communication time-delay.
Figure 3 shows the TDPN representation of Figure 2;
Figure 4 shows the energy flows in the TDPN.
5A is a circuit diagram illustrating a time delayed power network handled using a passivity observer and a passivity controller in an impedance configuration.
5B is a circuit diagram illustrating a time delayed power network handled using a passivity observer and passivity controller in an admittance configuration.
Figure 6 shows all possible signals of a multipoint remote control system.
Figure 7 shows a separate, multi-way remote control system.
8 is a network representation of an i < th > terminal with multiple power and velocity sources.
Figure 9 is a network representation of an i < th > terminal that considers only a plurality of receive sources.
10 is an enhanced network representation of an i < th > terminal with multiple receive sources.
FIG. 11 shows a network representation in which only the velocity sources are considered in FIG.
12 is an augmented network representation of an i-th terminal with multiple rate sources.
Figure 13 is a final network representation of a multipattern remote control system decoupled for a terminal.
Figure 14 shows the resultant animated architecture of the i-th terminal of a multipoint remote control system via TDPA.
Figure 15 shows the i-th terminal that is less conservatively manipulated using TDPA.
Figure 16 shows the energy flows of a multipoint remote control system.
Figure 17 shows the decoupled energy relationship in a multipoint remote control system.
18 shows a three-way remote control system.
19 shows three network representations decoupled of the three-way telemetry system in FIG. 18 with TDPNs and POs / PCs.
Figure 20 shows a graph showing the unstable position / force response without the proposed multipurpose controller.
Figure 21 shows a comparison of input and output energies at each TDPN without the proposed multipoint controller.
Figure 22 shows a graph showing a stable position / force response using the proposed multipurpose controller.
23 shows a comparison of the input and output energies at each TDPN using the proposed multipoint controller.
Figure 24 shows a less conservative version of the passive technique for Master 1 and Slave.
Figure 25 shows a graph showing a stable position / force contact response using the proposed less conservative multi-zone controller.
26 shows a comparison of input and output energies at the output terminal using the proposed less conservative multi-party controller.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 '시간 영역 수동성 기반 원격제어에서 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법'을 상세하게 설명한다. 설명하는 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 통상의 기술자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시예들을 쉽게 설명하기 위한 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다. Hereinafter, an apparatus and method for improving performance in remote control based on time domain passiveness according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. In addition, the matters described in the attached drawings may be different from those actually realized by schematically illustrating the embodiments of the present invention.

한편, 이하에서 표현되는 각 구성부는 본 발명을 구현하기 위한 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 다른 구현에서는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성부가 사용될 수 있다. In the meantime, each constituent unit described below is only an example for implementing the present invention. Thus, in other implementations of the present invention, other components may be used without departing from the spirit and scope of the present invention.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, 개방형의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.In addition, in the entire specification, when a part is referred to as being 'connected' to another part, it is not always the case that the part is directly connected to the other part, . The expression " comprising " is intended to be merely an indication of the presence of that element as an open-ended representation, and should not be understood as excluding the additional elements.

또한, '제 1, 제 2' 등과 같은 표현은, 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.Also, the expressions such as 'first, second', etc. are used only to distinguish between plural configurations, and do not limit the order or other features among the configurations.

또한, 본 교시들이 다양한 실시예들과 관련하여 기술되지만, 본 교시들이 그러한 실시예들로 한정되도록 의도되지 않는다. 오히려, 본 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 이해되는 바와 같이, 본 교시들은 다양한 대안들, 수정들, 및 동등물들을 포함한다.In addition, although these teachings are described in terms of various embodiments, these teachings are not intended to be limited to such embodiments. Rather, as will be appreciated by one of ordinary skill in the art, these teachings include various alternatives, modifications, and equivalents.

I. 개요I. Overview

도 1은 다수의 마스터들 및 다수의 슬레이브들을 가지는 단체적 원격조종 시스템의 개념도를 도시한다. 이러한 시스템은 위치 및 힘 신호들이 마스터 또는 슬레이브일 수 있는 셋 또는 그 이상의 터미널들 사이에서 교환되므로 다자간 원격조종 시스템으로 지칭될 수 있다.1 shows a conceptual diagram of a system for remote control with a plurality of masters and a plurality of slaves. Such a system may be referred to as a multiparty remote control system since position and force signals are exchanged between three or more terminals that may be master or slave.

지금까지, 단체적 원격조종의 높은 가능성에도 불구하고, 다자간 원격조종에 대한 논의는 많지 않았다. Sirouspour는 공통적인 환경을 조작하기 위한 공통적인 툴을 홀딩하는 다수의 슬레이브들을 가지는 다자간 제어 아키텍쳐를 설계하기 위해 μ-합성을 사용했고, 적응성 비선형 제어기를 사용하여 비선형성과 파라미터 불확실성을 시스템에 수용시킴으로써 그의 아이디어를 더 확장하였다. Khademian과 H-Zaad는 각각의 사용자와 다른 사용자 뿐만 아니라 슬레이브와의 조절가능한 상호작용을 허용하는 도미넌스 팩터를 도입함으로써 듀얼-사용자 원격조종 시스템을 위한 4-채널 및 6-채널 다자간 공유 제어기를 도입하였다. 그러나, 시간-지연 문제는 상술된 연구들에서 전혀 고려되지 않았다. Kanno와 Yokokohji는 다자간 원격조종 시스템에서 시간-지연 문제를 극복하기 위해 웨이브-베리어블(wave-variable) 방법을 사용하였고, 힘 평형 제약을 완화시킴으로써 각각의 조작자의 우선순위를 조절하는 방법을 그들의 방식에 포함시켰다. 그러나, 이들 방법들은 위치-위치 양자간 제어 아키텍쳐에 제한된 것이었다.So far, despite the high possibility of group remote control, there have been few discussions about the multi-party remote control. Sirouspour used μ-synthesis to design a multiparty control architecture with multiple slaves holding common tools for manipulating common environments, and using adaptive nonlinear controllers to accommodate nonlinearity and parametric uncertainties in the system I extended my ideas further. Khademian and H-Zaad introduced a 4-channel and 6-channel multipoint shared controller for dual-user remote control systems by introducing a dominance factor that allows adjustable interaction with each user and other users as well as slaves Respectively. However, the time-delay problem was not considered at all in the above-mentioned studies. Kanno and Yokokohji used a wave-variable method to overcome the time-delay problem in a multipoint remote control system, and by adjusting the priority of each operator by mitigating force balance constraints, . However, these methods were limited to a position-to-position bilateral control architecture.

전체적으로 말해, 시간-지연 다자간 원격조종 시스템을 안정화시키기 위한 시도의 제어적 접근이 몇몇 있었다. 그러나, 이러한 제어기들은 주어진 다자간 제어 아키텍쳐를 위해서 설계되어서, 다자간 제어 아키텍쳐가 바뀌거나, 마스터/슬레이브의 수가 바뀌는 경우에는 제어기가 완전히 다시 설계되어야 했으므로, 일반적인 다자간 제어 아키텍쳐를 위해서는 적용할 수 없는 것이었다. 임의의 시간-지연, 임의의 다자간 제어 아키텍쳐 및 임의의 마스터/슬레이브 수를 가지는 경우에 대한 안정적인 다자간 제어는 아직까지 수립된 적이 없다.Overall, there were some controlled approaches to attempting to stabilize the time-delayed multilateral remote control system. However, these controllers were designed for a given multipoint control architecture and were not applicable for a general multiport control architecture, because the controller had to be completely redesigned when the multiparty control architecture changed or the number of master / slaves changed. Stable multi-party control for any time-delay, any multiparty control architecture, and any master / slave count has not yet been established.

반면에, 시간 영역 수동성 기법(Time Domain Passivity Approach; TDPA)에 기초한 양자간 원격조종에 대해서는 많은 연구가 있었다. TDPA 기반 원격조종은 다른 제어 방법들에 비해 여러 장점들을 가지고 있는데, 이러한 장점들은 시간-지연의 임의적 길이에 대해 수동성을 보장하고, 연결된 마스터 및 슬레이브의 동역학에 대해 어떠한 지식도 필요하지 않으며, 어떤 양자간 제어 아키텍쳐에도 적용될 수 있다는 것이다. 마스터들 및 슬레이브들의 모든 가능한 조합들을 사전에 고려하여 제어기를 설계하는 것은 매우 어려우므로, 이러한 장점은 다자간 원격조종 시스템의 설계에 있어 필수적인 것이다.On the other hand, there has been much research on the bilateral remote control based on the Time Domain Passivity Approach (TDPA). TDPA-based remote control has several advantages over other control methods, such as ensuring passivity for an arbitrary length of time-delay, requiring no knowledge of the dynamics of the connected master and slave, Lt; / RTI > architecture. It is very difficult to design the controller by considering all possible combinations of masters and slaves in advance, which is essential for the design of a multipurpose remote control system.

본 개시의 주요 공헌은 시간-지연의 양, 다자간 제어 아키텍쳐 및 마스터/슬레이브의 수와는 독립적으로 안정적인 원격조종을 보장하는 TDPA-기반의 일반적인 프레임워크를 제안한다는 것에 있다.The main contribution of this disclosure is to propose a general TDPA-based framework that ensures reliable remote control independent of the amount of time-delay, the multipoint control architecture and the number of master / slaves.

제안된 프레임워크의 주요 방면은 다자간 원격조종 시스템의 종래 표현이 어떻게 잘 개발된 TDPA 프레임워크의 구현을 위한 네트워크 표현으로 변경될 수 있는지에 관한 것이다. TDPA의 구현을 위해서는 명확한 에너지 흐름들을 가지는 네트워크 표현이 필수적이다. 그러나, 다자간 원격조종 시스템을 종래 블록 다이어그램 도메인에서 에너지 흐름들을 가지는 네트워크 도메인의 전기 회로로 변경하는 것이 용이하지 않았다. 주요 난관은 다자간 원격조종 시스템의 결합적 성격에 있었다. 본 개시에서는 다자간 원격조종 시스템의 네트워크 변환을 위한 일반적인 프레임워크와 TDPA로 변환된 네트워크 시스템의 수동성을 확보하는 방법을 설명한다. 또한, 전체 시스템의 수동성 증명과 함께 보다 포괄적으로 완전한 이론을 제시한다. 추가적으로, 기존보다 덜 보수적인 수동성 기법이 소개될 것이며, 성능 비교 연구 또한 수행될 것이다.A major aspect of the proposed framework is how the conventional representation of a multiparty remote control system can be changed to a network representation for the implementation of the well-developed TDPA framework. A network representation with clear energy flows is essential for the implementation of TDPA. However, it has not been easy to change a multipoint remote control system from a conventional block diagram domain to an electrical circuit of a network domain having energy flows. The main challenge was the combined nature of the multilateral remote control system. This disclosure describes a general framework for network translation of a multiparty remote control system and how to secure the passivity of the network system converted to TDPA. It also provides a more comprehensive theorem with proof of the passivity of the whole system. In addition, less conservative passivity techniques will be introduced, and performance comparison studies will also be conducted.

II. TDPA-기반의 양자간 원격조종의 리뷰II. Review of TDPA-based bilateral remote control

이번 섹션은 (측정되는)위치-힘 양자간 제어 아키텍쳐의 TDPA-기반 양자간 원격조종 프레임워크를 간단히 설명한다. 도 2는 통신 시간-지연을 가지는 (측정되는)위치-힘 양자간 제어 아키텍쳐의 양자간 원격조종 시스템의 블록 다이어그램을 도시한다. 마스터는 속도 명령을 슬레이브로 전송하고, 슬레이브는 통신 네트워크를 통해 측정된 상호작용 힘을 마스터로 피드백한다. This section briefly describes the TDPA-based bilateral teleprocessing framework of position-to-force bilateral control architecture (measured). Figure 2 shows a block diagram of a bilateral remote control system of a position-force bilateral control architecture with (measured) communication time-delay. The master transmits the speed command to the slave, which feeds back the interaction force measured through the communication network to the master.

TDPA-기반 양자간 제어기를 설계하는데 있어서 가장 중요한 것은 통신 채널에서 전력 공액 쌍(power conjugate pair)을 식별하는 것이다. 이러한 아키텍쳐와 관련하여 가장 흔한 실수는 네트워크의 오른편(슬레이브편)에서 fe(슬레이브에서 측정된 힘)와 vsd (슬레이브로의 목적 속도 명령)을 전력 공액 쌍으로 페어링하는 것이다. 블록 다이어그램에서 fe 가 원인인 vsd 의 결과인 것처럼 보이기 때문에 이러한 페어링이 맞는 것으로 보이지만, 에너지 계산의 측면에서 이러한 페어링은 적절한 것이 아니다. 첫째로, 이러한 신호들은 병치되지 않은 쌍을 나타내고, 둘째로, vsd가 0이 아닌 값을 갖는 경우에도 측정된 힘은 0으로 유지될 수도 있으며, 이러한 것은 에너지의 관점에서 명확하지 않다. The most important thing in designing a TDPA-based bilateral controller is to identify a power conjugate pair in the communication channel. The most common mistakes associated with this architecture are f e (measured at the slave) and v sd at the right (slave side) of the network (The target speed command to the slave) into a power conjugate pair. This pairing appears to be correct because it appears to be the result of v sd on the block diagram due to f e , but in terms of energy calculation, this pairing is not appropriate. First, these signals represent non-juxtaposed pairs, and secondly, the measured force may remain at zero even if v sd has a non-zero value, which is not clear from an energy standpoint.

상술된 불명확한 인과성은 기계-전기적 유추기법을 사용하여 해결될 수 있다. 이러한 유추기법에 기초하여, 마스터와 슬레이브, 슬레이브 제어기, 인간 조작자 및 원격 환경은 수동 전기 회로 소자들로 설명될 수 있고, 속도 신호 및 힘 신호는 각각 플로우(flow) 신호, 에포트(effort) 신호로 간주될 수 있다. 그러나, 수동 전기 소자들은 시간-가변 지연들을 가지는 통신 채널을 나타낼 수 없고, 시간-가변 지연은 잠재적으로 네트워크에 능동성을 도입시킬 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 지연된 통신 채널의 수동성을 유지시키도록 TDPA 프레임워크가 제안되었다. 지연된 네트워크 채널을 통해 측정된 힘 또는 위치가 슬레이브로부터 피드백 신호로서 전송되는 경우 불명확한 네트워크 인과성을 해결하기 위해 TDPN(Time Delay Power Network) 프레임워크를 제안함으로써 TDPA 프레임워크가 확장되었다. The above-described uncertain causality can be solved using a mechanical-electrical analogy technique. Based on this analogy technique, the master and slave, the slave controller, the human operator and the remote environment can be described as passive electrical circuit elements, and the velocity signal and the force signal are respectively the flow signal, the effort signal . ≪ / RTI > However, passive electrical components can not represent communication channels with time-variable delays, and time-varying delays can potentially introduce activeness into the network. To solve this problem, the TDPA framework has been proposed to maintain the passivity of delayed communication channels. The TDPA framework has been extended by proposing a Time Delay Power Network (TDPN) framework to solve the unclear network causality when the measured power or location through the delayed network channel is transmitted as a feedback signal from the slave.

도 3은 도 2의 TDPN 표현을 도시한다. TDPN 포뮬레이션의 뒤에 숨겨진 아이디어는 명령과 피드백 신호들의 언더라잉 소스를 식별하고, 이들을 대응하는 이상적인 플로우 또는 에포트 소스로 표현하는 것이다. 도 3에서, 지연된 통신 채널은 2개의 TDPN들로 나타나며, 하나는 마스터측에 연결된 것이고, 다른 하나는 슬레이브측에 연결된 것이다. 수동성의 정의에 기초하면, 네트워크의 모든 컴포넌트가 수동적이면 전체 시스템이 수동적일 있게 된다. 변환된 네트워크 표현(도 3)에서는, 2개의 TDPN을 제외하고는 모든 컴포넌트들이 수동적인 것으로 간주된다. 따라서, 2개의 TDPN의 수동성을 보장하는 것이 안정한 양자간 원격조종을 확보하는데 충분조건이 된다. 지연된 네트워크를 수동화하기 위해서 TDPA가 사용될 수 있다.Figure 3 shows the TDPN representation of Figure 2; The idea behind the TDPN formulation is to identify the underlining sources of the command and feedback signals and express them as the corresponding ideal flow or effort source. In Fig. 3, the delayed communication channel is represented by two TDPNs, one connected to the master side and the other connected to the slave side. Based on the definition of passivity, if all the components of the network are passive, the whole system becomes passive. In the transformed network representation (FIG. 3), all components except two TDPNs are considered to be passive. Therefore, ensuring the passivity of the two TDPNs is a sufficient condition for securing a stable bilateral remote control. TDPA can be used to move the delayed network.

TDPA는 네트워크의 에너지 흐름을 실시간으로 모니터링하는 수동성 관측기(Passivity Observer; PO)와 네트워크에서 유입되는 능동성 에너지의 양을 방출시키는 수동성 제어기(Passivity Controller; PC)의 2개의 주요 컴포넌트들로 이루어진다. TDPA consists of two main components: Passivity Observer (PO), which monitors the energy flow of the network in real time, and Passivity Controller (PC), which emits the amount of active energy flowing in the network.

도 4는 TDPN 에서의 에너지 흐름들을 도시한다. 도 4를 참조하면, 시간 지연 전력 네트워크 에너지(

Figure pat00001
)의 흐름은 다음과 같이 나타낼 수 있다. Figure 4 shows the energy flows in the TDPN. Referring to FIG. 4, the time delayed power network energy (
Figure pat00001
) Can be expressed as follows.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서,

Figure pat00003
는 제 1 포트(예를 들어, 마스터측 포트)에서의 에너지이고,
Figure pat00004
는 제 2 포트(예를 들어, 슬레이브측 포트)에서의 에너지이며, 이들은 다음과 같이 나타낼 수 있다.here,
Figure pat00003
Is the energy at the first port (e.g., the master side port)
Figure pat00004
Is the energy at the second port (e.g., the slave-side port), which can be expressed as follows.

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서,

Figure pat00006
는 샘플링 기간이다. here,
Figure pat00006
Is a sampling period.

상기 제 1 포트 및 상기 제 2 포트에서의 에너지는 다음과 같이 입출력 에너지로 나타낼 수 있다. The energy at the first port and the second port can be expressed by the input / output energy as follows.

Figure pat00007
Figure pat00007

즉, 시간 지연 전력 네트워크의 수동성 조건은 다음과 같이 나타낼 수 있다.That is, the passivity condition of the time delay power network can be expressed as follows.

Figure pat00008
Figure pat00008

이 때, 상기

Figure pat00009
Figure pat00010
는 통신 시간-지연 때문에 동시에 관찰될 수 없기 때문에, 상기 수동성 조건은 실시간으로 체크될 수 없다. 따라서, 이를 해결하기 위해, 상기 수학식 3 및 상기 수학식 4를 결합하면, 수동성 조건을 다음과 같이 나타낼 수 있다. At this time,
Figure pat00009
And
Figure pat00010
The passivity condition can not be checked in real time because it can not be observed simultaneously due to communication time-delay. Therefore, in order to solve this problem, the combination of Equation (3) and Equation (4) can express the passivity condition as follows.

Figure pat00011
Figure pat00011

여기서,

Figure pat00012
Figure pat00013
은 좌측 포트(제 1 포트)에서 우측 포트(제 2 포트)로 그리고 우측 포트(제 2 포트)에서 좌측 포트(제 1 포트)로의 디커플링된 에너지 흐름들이다. 제 1 포트(좌측 포트)에서 제 2 포트(우측 포트)로 전달된 에너지 및 제 2 포트(우측 포트)에서 제 1 포트(좌측 포트)로 전달된 에너지는 다음과 같이 나타낼 수 있다. here,
Figure pat00012
and
Figure pat00013
Are the decoupled energy flows from the left port (first port) to the right port (second port) and from the right port (second port) to the left port (first port). The energy transferred from the first port (left port) to the second port (right port) and the energy transferred from the second port (right port) to the first port (left port) can be expressed as follows.

Figure pat00014
Figure pat00014

여기서, 수동성 조건은

Figure pat00015
,
Figure pat00016
이면 만족할 수 있다. 따라서, 시간 지연을 고려하여, 관찰가능한 수동성 조건은 다음과 같이 나타낼 수 있다. Here, the passivity condition is
Figure pat00015
,
Figure pat00016
It can be satisfied. Therefore, considering the time delay, the observable passivity condition can be expressed as follows.

Figure pat00017
Figure pat00017

여기서,

Figure pat00018
Figure pat00019
는 제 1 포트에서 제 2 포트로 그리고 제 2 포트에서 제 1 포트로의 통신 지연의 양을 나타낸다. 즉, 수동성 조건은 물리적으로, 한 포트에서의 출력 에너지가 반대편 포트에서의 입력 에너지를 상한으로 하여 항상 제한받는 것을 의미할 수 있다.here,
Figure pat00018
And
Figure pat00019
Represents the amount of communication delay from the first port to the second port and from the second port to the first port. That is, the passivity condition may physically mean that the output energy at one port is always limited to the upper limit of the input energy at the opposite port.

이하, 도 5를 통해 수동성 관측기 및 수동성 제어기를 이용하여 수동화된 시간 지연 전력 네트워크에 대하여 구체적으로 살펴본다. Hereinafter, the time delayed power network that is operated using the passivity observer and the passivity controller will be described in detail with reference to FIG.

A. 수동성 관측기(PO)A. Passivity Observer (PO)

수동성 관측기는 실시간으로 수동성 조건인 수학식 7을 계산하는 컴포넌트이다. 시간 지연 전력 네트워크에서 각각의 포트를 위한 두 개의 수동성 관측기들이 모니터링하는 에너지들(

Figure pat00020
,
Figure pat00021
)을 다음과 같이 나타낼 수 있다. The passivity observer is a component that computes Equation 7, which is a passivity condition in real time. The energy monitored by the two passivity observers for each port in the time delay power network
Figure pat00020
,
Figure pat00021
) Can be expressed as follows.

Figure pat00022
Figure pat00022

여기서,

Figure pat00023
Figure pat00024
는 수동성 제어기에 의해 교정되는 에너지 값들이다. here,
Figure pat00023
And
Figure pat00024
Are the energy values calibrated by the passivity controller.

B. 수동성 제어기(PC)B. Passivity controller (PC)

수동성 제어기는 임의의 초과 에너지, 능동성 에너지가 PO로 출력 포트에서 모니터링되면, 능동성 에너지를 방출함으로써, 한 포트에서의 출력 에너지를 반대편 포트로부터의 입력 에너지로 제한하는 가변 댐핑 엘리먼트(adaptive damping element)이다. The passivity controller is an adaptive damping element that limits the output energy at one port to the input energy from the opposite port by emitting an active energy when any excess energy, active energy, is monitored at the output port by the PO .

도 5a를 참조하면, 임피던스 구성에서, 수동성 제어기는 다음과 같이 속도로 힘을 수정한다.Referring to FIG. 5A, in the impedance configuration, the passivity controller modifies the force at a speed as follows.

Figure pat00025
Figure pat00025

여기서, 상기

Figure pat00026
는 슬레이브로부터 송신되는 지연된 측정 힘 신호로,
Figure pat00027
이다. 또한, 상기
Figure pat00028
는 가상 댐핑 값으로서 다음과 같이 계산될 수 있으며,Here,
Figure pat00026
Is a delayed measurement force signal transmitted from the slave,
Figure pat00027
to be. In addition,
Figure pat00028
Can be calculated as a virtual damping value as follows,

Figure pat00029
Figure pat00029

수동성 제어기에 의한 에너지 방출은 다음과 같이 나타낼 수 있다.The energy release by the passivity controller can be expressed as:

Figure pat00030
Figure pat00030

한편, 전기 회로에서, 수동성 제어기는 임피던스 또는 어드미턴스 구성에 따라 직렬 또는 병렬로 연결된 가변 저항으로 표현될 수 있다. 하지만, 본 명세서의 도면에서는 수동성 제어기를 편의상 블록도로 표현한다. 참고로, 임피던스 구성에서, 블록

Figure pat00031
는 시간 지연 전력 네트워크로부터 나오는 힘 신호를 수정하기 위해 사용될 수 있다. On the other hand, in the electric circuit, the passivity controller can be expressed as a variable resistor connected in series or in parallel depending on the impedance or admittance configuration. However, in the drawings of the present specification, the passivity controller is represented by a block diagram for convenience. For reference, in the impedance configuration,
Figure pat00031
May be used to modify the force signal coming from the time delayed power network.

도 5b를 참조하면, 어드미턴스 구성에서, 수동성 제어기는 다음과 같이 나타낼 수 있다. Referring to Fig. 5B, in the admittance configuration, the passivity controller can be expressed as follows.

Figure pat00032
Figure pat00032

여기서, 상기

Figure pat00033
는 마스터로부터의 지연된 속도 신호로서, 이다. 또한, 상기
Figure pat00035
는 가상 댐핑 값으로서, 다음과 같이 계산될 수 있으며,Here,
Figure pat00033
Is a delayed speed signal from the master, to be. In addition,
Figure pat00035
As a virtual damping value, can be calculated as follows,

Figure pat00036
Figure pat00036

수동성 제어기에 의해 방출되는 에너지는 다음과 같이 나타낼 수 있다.The energy emitted by the passivity controller can be expressed as:

Figure pat00037
Figure pat00037

참고로, 어드미턴스 구성에서, 블록

Figure pat00038
는 시간 지연 전력 네트워크로부터 나오는 속도 신호를 수정하기 위해 사용될 수 있다. 한편, 수동성 제어기는 이상적인 종속 소스들에 연결된 포트에는 필요하지 않음을 주의한다.For reference, in the admittance configuration,
Figure pat00038
May be used to modify the rate signal from the time delayed power network. Note, however, that passivity controllers are not required for ports connected to ideal dependent sources.

III. 다자간 원격조종 시스템의 네트워크 표현III. Network Representation of Multilateral Remote Control System

상술된 바와 같이, TDPA의 설계 프로세스에서 가장 기초적인 단계는 종래의 타겟 시스템의 블록 다이어그램을 네트워크 표현으로 변환하는 것이다. 이번 섹션에서는 다자간 원격조종 시스템의 일반적인 블록 다이어그램을 네트워크 표현으로 변환하는 방법에 대해 제안하고, 이러한 방법은 잘 개발된 TDPA 프레임워크를 구현할 수 있도록 할 것이다. 네트워크 표현을 위해 터미널이 다른 터미널들에 기여하는 에너지 기여를 식별하도록 터미널에서 터미널로의 에너지의 흐름을 추적하는 것이 필요하다. 그러나, 다자간 원격조종 시스템에서, 다자간 원격조종 시스템의 커플링된 성격으로 인해 에너지 기여를 명확하게 파악하는 것은 용이하지 않다. 하나의 터미널로부터의 단일 입력 에너지가 동시에 다수의 터미널들의 다수의 출력 에너지들에 영향을 줄 수 있거나, 다수의 터미널들로부터의 다수의 입력 에너지들이 단일 터미널에 대해 증강된 출력 에너지를 생성할 수도 있다. 예를 들어, 단일 슬레이브로부터의 측정된 상호작용 힘은 피드백 힘들로서 다수의 마스터들에 전송될 수 있거나, 다수의 마스터들로부터의 증강된 속력 입력이 단일 슬레이브로의 제어 힘 출력을 생성할 수 있다. 입력 및 출력 에너지는 속도와 힘 신호 각각의 전력 공액 쌍이 식별된 후에 속도와 힘 신호로부터 추정될 수 있다.As described above, the most basic step in the design process of the TDPA is to convert the block diagram of a conventional target system into a network representation. In this section, we propose a method of converting a generic block diagram of a multiparty remote control system into a network representation, which will enable us to implement a well-developed TDPA framework. It is necessary to track the flow of energy from terminal to terminal so that the terminal identifies the contribution of energy to other terminals contributing to network representation. However, in a multipurpose remote control system, it is not easy to grasp the energy contribution clearly due to the coupled nature of the multipurpose remote control system. A single input energy from one terminal may affect multiple output energies of multiple terminals at the same time or multiple input energies from multiple terminals may generate an enhanced output energy for a single terminal . For example, the measured interaction force from a single slave may be sent to multiple masters as feedback forces, or an augmented speed input from multiple masters may generate a control force output to a single slave . The input and output energies can be estimated from the velocity and force signals after the power conjugate pairs of velocity and force signals, respectively, are identified.

도 6은 다자간 원격조종 시스템의 모든 가능한 신호를 도시한다. 각각의 터미널에서, 속도 및 힘 신호들은 네트워크로 들어가고 네트워크에서 나올 수 있다. vin M1 은 마스터 1로부터 네트워크로의 입력 속도 신호를 나타내고, vout S1은 네트워크로부터 슬레이브 1으로의 출력 속도 신호를 의미한다. 신호 교환에 있어서 다양한 가능한 조합들이 있을 수 있고, 이들은 제어 아키텍쳐에 따른다. 예를 들어, 마스터 1 및 마스터 2로부터의 입력 속도들의 조합은 슬레이브 1로의 속도 출력일 수 있고, 슬레이브 1 및 슬레이브 2로부터의 입력 힘들의 조합은 마스터 2로의 출력 힘일 수 있다. 따라서, 터미널에서 출력 에너지는 일반적으로 네트워크의 다른 측으로부터의 커플링된 입력 신호들의 결과이다. 에너지 기여를 식별하는 것에 있어서 주된 어려움은 다자간 원격조종 시스템의 커플링된 성격이다.Figure 6 shows all possible signals of a multipoint remote control system. At each terminal, velocity and force signals can enter the network and exit the network. v in M1 denotes the input speed signal from the master 1 to the network, and vout S1 denotes the output speed signal from the network to the slave 1. There are a variety of possible combinations in signal exchange, and these depend on the control architecture. For example, the combination of input speeds from master 1 and master 2 may be the speed output to slave 1, and the combination of input forces from slave 1 and slave 2 may be an output force to master 2. Thus, the output energy at the terminals is generally the result of the coupled input signals from the other side of the network. The main difficulty in identifying energy contributions is the coupled nature of the multilateral remote control system.

에너지 기여를 식별하기 위해, 각각의 터미널에 대한 입력 신호들의 기여를 식별할 필요가 있다. 터미널에서의 출력 속도 및 힘을 네트워크의 다른 측으로부터의 입력 신호들의 기여의 합으로서 표현하는 것이 항상 가능하다고 가정할 수 있고, 슬레이브 1의 속도 출력과 마스터 2의 힘 출력은 다음과 같을 수 있다.In order to identify the energy contributions, it is necessary to identify the contribution of the input signals to each terminal. It can be assumed that it is always possible to express the output speed and force at the terminal as the sum of the contributions of the input signals from the other side of the network and the velocity output of the slave 1 and the force output of the master 2 may be as follows.

Figure pat00039
Figure pat00039

여기서 vout S1은 네트워크로부터 슬레이브 1 로의 출력 속도이고, fout M2는 네트워크로부터 마스터 2로의 출력 힘이다. vin M1toS1 마스터 1의 슬레이브 1로의 속도 기여이고, vin S2toS1은 슬레이브 2의 슬레이브 1로의 속도 기여이다. 다른 표현들도 동일한 표기규칙을 따른다. 주어진 다자간 제어 아키텍쳐에 달려 있기 때문에, 일반성을 잃지 않으면서 이들 기여들을 식별하는 것이 항상 가능하다.Where v out S1 is the output speed from the network to slave 1, and f out M2 is the output power from the network to master 2. v in M1toS1 silver Is the velocity contribution of master 1 to slave 1, and v in S2toS1 is the velocity contribution of slave 2 to slave 1. Other expressions follow the same notation rules. Because it depends on a given multiparty control architecture, it is always possible to identify these contributions without losing generality.

네트워크의 다른 측으로부터의 입력 신호들의 기여로 터미널에서 출력 신호들을 표현하는 것의 뒤에 숨겨진 이유는 다른 터미널에 대해 다자간 원격조종 시스템을 티커플링하는 것에 있고, 따라서, 에너지 식별 및 네트워크 변환이 보다 용이해지게 된다. 수학식 15를 예로써 사용함으로써, 각각의 출력 터미널에 대해 다자간 원격조정 시스템을 디커플링할 수 있다. The reason hidden behind the representation of the output signals at the terminal by the contribution of the input signals from the other side of the network lies in te coupling of a multipurpose remote control system to the other terminal, . By using Equation (15) as an example, it is possible to decouple the multipoint remote control system for each output terminal.

도 7은 분리된 다자간 원격조종 시스템들을 도시한다. 기계-전기적 유추기법을 이용하여 속도를 전류로 힘을 전압으로 매핑하면, 도 7에서와 같은 디커플링된 서브시스템들을 도 8에서와 같은 전기 회로로 변환할 수 있다. 도 8은 다수의 힘 및 속도 소스들을 갖는 i번째 터미널의 네트워크 표현이다. 전기 회로 변환은 명확한 전력 공액 쌍들 및 에너지 흐름들을 보여준다. 터미널로의 출력 속도 및 힘 신호는 목적 속도 (vdi) 및 피드백 힘 (fdi)으로 매핑되고, 이들은 종속 전류 및 종속 에포트 소스로 표현될 수 있다. vi는 터미널 i에서 결과적 속도이고, Zi는 터미널 i에서의 디바이스의 임피던스이고, Kp 및 Kd는 비례적 그리고 유도적 위치 제어기 게인이고, fci는 결과적 위치 제어기 힘이고, fei 는 i번째 터미널에 적용되는 외부 힘이다. 이제부터 i번째의 표기법은 수학식의 길이를 줄이기 위해 마스터와 슬레이브를 구별하지 않고 사용될 것이다. FIG. 7 illustrates separate, multiple remote control systems. When mechanical-electrical analogy is used to map the force to the voltage with the speed as the current, the decoupled subsystems as in FIG. 7 can be converted into the electrical circuit as in FIG. 8 is a network representation of an i < th > terminal with multiple power and velocity sources. Electrical circuit transformation shows clear power conjugate pairs and energy flows. The output speed and force signals to the terminal are mapped to the target speed v di and the feedback force f di , which can be expressed as a port source in slave current and slave. V i is the resulting velocity at terminal i, Z i is the impedance of the device at terminal i, K p and K d are proportional and inductive position controller gain, f ci is the resulting position controller force, f ei is i Lt; / RTI > terminal. From now on, the ith notation will be used without distinction between master and slave to reduce the length of the mathematical expression.

터미널 i에 대한 목적 속도는 네트워크의 다른 측으로부터의 속도들의 기여의 합이고, 각각의 기여는 일반적으로 다음과 같이 각각의 속도의 함수로서 간주된다.The target rate for terminal i is the sum of the contributions of the velocities from the other side of the network, and each contribution is generally regarded as a function of the respective velocities as follows.

Figure pat00040
Figure pat00040

여기서, hp(vp)는 터미널 p로부터의 속도 신호의 함수이고,

Figure pat00041
는 통신 네트워크 후에 vp의 지연된 신호이다. 유사하게, 피드백 힘은 네트워크의 다른 측으로부터의 힘의 함수들의 합으로 다음과 같다.Where h p (v p ) is a function of the velocity signal from terminal p,
Figure pat00041
Is a delayed signal of v p after the communication network. Similarly, the feedback force is the sum of the functions of the force from the other side of the network as follows.

Figure pat00042
Figure pat00042

여기서,

Figure pat00043
는 터미널 q로부터의 지연된 힘 신호
Figure pat00044
의 함수이다.here,
Figure pat00043
Lt; RTI ID = 0.0 > q < / RTI &
Figure pat00044
.

지금까지, TDPA에서 일대일 에너지 매핑, 하나의 터미널에서 다른 하나의 터미널로의 에너지만을 고려했었으나, 일대일 에너지 매핑은 다자간 원격조종 시스템을 나타내는 데에 적합하지 않다. 따라서, 본 개시에서, TDPA에서 다대일 에너지 매핑이 처음으로 도입된다.So far, TDPA has only considered one-to-one energy mapping, from one terminal to another, but one-to-one energy mapping is not suitable for representing a multipurpose remote control system. Thus, in this disclosure, many-to-one energy mapping is first introduced in TDPA.

출력 터미널에 대하여, 각각의 서브시스템은 네트워크 회로로 표현되고, 네트워크 회로로의 표현 덕분에 적어도 터미널의 출력 측에서의 에너지 기여가 명확해진다. 그러나, 상이한 양의 시간-지연을 가지는 다수의 신호 소스들은 여전히 명확하게 표현할 수 없다. 도 8에서 도시된 바와 같이, 모든 상이한 시간-지연들의 값들을 포함하는 증강된 소스들의 2가지 상이한 타입들이 있다. 따라서, 시스템은 지연된 종속 소스들로부터 생성되는 능동 에너지로 인해 능동적이 되고 불안정해질 가능성이 있다. 이에 대해, TDPA는 능동 에너지를 방출하고 시스템을 수동적 그리고 안정적으로 만들 수 있다. 그러나, 도 8의 네트워크 표현은 능동 에너지의 주요 생성자인 지연된 통신 블록을 명시적으로 나타내지 않으므로 도 8은 TDPA를 구현하기에 준비되지 않았다. For an output terminal, each subsystem is represented by a network circuit, and due to the representation in the network circuit, at least the energy contribution at the output side of the terminal becomes clear. However, multiple signal sources having different amounts of time-delay can still not be clearly expressed. As shown in FIG. 8, there are two different types of augmented sources including all the different time-delays values. Thus, the system is likely to be active and unstable due to active energy generated from delayed dependent sources. On the other hand, TDPA can emit active energy and make the system passive and stable. However, since the network representation of FIG. 8 does not explicitly represent delayed communication blocks, which are the main producers of active energy, FIG. 8 is not prepared to implement TDPA.

지연된 통신 블록을 명시적으로 추출하기 위해 도 8의 네트워크 표현을 종속 소스의 타입에 따라 두 개의 네트워크들로 분리한다. 도 9는 다수의 에포트 소스들만을 고려한 i번째 터미널의 네트워크 표현으로, 힘 소스들만을 가지는 네트워크를 도시한다. 지연된 힘 소스들은 터미널에서 직렬로 합산됨으로 각각의 지연된 힘 소스는 직렬로 연결된다. 직렬로 연결된 전기 브랜치들은 공통되는 전류를 공유한다. 따라서, 각각의 지연된 에포트(effort) 소스의 전력 공액 쌍은 다음과 같이 결정된다.In order to explicitly extract the delayed communication block, the network representation of FIG. 8 is separated into two networks according to the type of the dependent source. FIG. 9 is a network representation of an i-th terminal that considers only a plurality of source ports, showing a network having only power sources. The delayed force sources are summed in series at the terminals so that each delayed force source is connected in series. Electrical branches connected in series share a common current. Thus, the power conjugate pair of each delayed effort source is determined as follows.

Figure pat00045
Figure pat00045

여기서, Dq는 소스 터미널 q로부터 출력 터미널 i로의 시간-지연의 양이다.Where D q is the amount of time-delay from the source terminal q to the output terminal i.

결과적으로, 각각의 지연된 에포트 소스의 전력 공액 쌍이 식별된다. 그러나, 여전히 통신 시간-지연으로부터의 능동 에너지를 식별하는 것이 가능하지 않다. 여기서, 소스를 지연되지 않은 위치로 시프트하고 트랜스포트 네트워크(시간 지연 전력 네트워크(TDPN)라 지칭될 수 있음)를 부가함으로써 시간-지연으로 인한 능동 에너지 컴포넌트들을 명확히 하는 방법이 제안된다. TDPN으로 인해 에너지의 오리지널 소스와 시간-지연으로 인한 능동 에너지가 분리되고 지연되지 않은 위치와 지연된 위치에서의 에너지의 양을 단순히 비교함으로써 시간-지연으로 인한 능동 에너지의 양을 추산하는 것이 가능하게 된다. 모든 지연된 에포트 소스에 대해 TDPN을 적용함으로써, 도 9의 네트워크 회로는 도 10과 같이 변환될 수 있다. 도 10은 다수의 에포트 소스들을 갖는 i번째 터미널의 증강된 네트워크 표현이다.As a result, the power conjugate pair of the port source is identified at each delay. However, it is still not possible to identify the active energy from the communication time-delay. Here, a method is proposed for shifting the source to an un-delayed position and clarifying active energy components due to time-delay by adding a transport network (which may be referred to as a time delay power network (TDPN)). The TDPN makes it possible to estimate the amount of active energy due to time-delay by simply comparing the amount of energy at the delayed position with the original source of energy and active energy due to time-delay separation and non-delayed position . By applying TDPN for all delayed port sources, the network circuit of Fig. 9 can be transformed as shown in Fig. 10 is an enhanced network representation of an i < th > terminal with multiple receive sources.

도 11은 도 8에서 속도 소스들만이 고려된 네트워크 표현을 도시한다. 에포트 소스들의 합산과는 다르게, 수학식 16에서 나타난 플로우 소스들의 합산은 병렬 회로로 표현될 수 있다. 병렬 회로들의 모든 브랜치들에 걸친 전압은 동일하고, 따라서, 각각의 지연된 플로우 소스에 대한 공약 전력 쌍은 다음과 같다.FIG. 11 shows a network representation in which only the velocity sources are considered in FIG. Unlike the summation of the source ports, the summation of the flow sources shown in equation (16) can be expressed as a parallel circuit. The voltages across all the branches of the parallel circuits are the same, and therefore, the commitment power pair for each delayed flow source is as follows.

Figure pat00046
Figure pat00046

여기서, fci는 i번째 터미널, 터미널 i에서의 속도 제어기의 계산된 출력 제어 힘이고, Dp는 소스 터미널 p로부터 엔드 터미널 i로의 시간-지연의 양이다.Where f ci is the calculated output control force of the speed controller at the i-th terminal, terminal i, and D p is the amount of time-delay from source terminal p to end terminal i.

유사하게, TDPN들은 플로우 소스를 지연되지 않은 위치로 시프트하고 TDPN들을 그 사이에 둠으로써 시간-지연으로 인한 능동 에너지 컴포넌트들을 식별하도록 해준다. 도 11의 전기적 표현은 도 12와 같이 변환될 수 있다. Similarly, the TDPNs allow the flow source to be shifted to an un-delayed position and the TDPNs in between to identify the active energy components due to the time-delay. The electrical representation of FIG. 11 can be transformed as shown in FIG.

결과적으로, i번째 터미널에 대한, 디커플링된 서브시스템의 일반적인 네트워크 표현은 도 10과 도 12를 합함으로써 도 13과 같이 표현될 수 있다. 이를 통해 시간-지연을 포함하여 각각의 네트워크 포트에서 입력 및 출력 에너지를 추산할 수 있도록 하는 명확한 네트워크 표현을 얻을 수 있다.As a result, the general network representation of the decoupled subsystem for the i < th > terminal can be represented as in FIG. 13 by summing FIG. 10 and FIG. This provides a clear network representation that allows input and output energy to be estimated at each network port, including time-delay.

IV. TDPA를 사용하는 변환된 네트워크의 수동화 방법IV. How to Manipulate Transformed Networks Using TDPA

본 섹션에서는 TDPA를 사용하여 다자간 원격조종 시스템의 i번째 터미널의 변환된 네트워크 표현을 수동화하기 위한 방법을 설명한다. 수동성의 기본적인 성격에 기초하면, 네트워크의 모든 컴포넌트가 수동적이라면 전체 네트워크 시스템이 수동적이고 안정화될 수 있다. 적합하게 설계되는 한, 도 13에서 디바이스(Zi) 및 속도 제어기(Kp 및 Kd)와 같이 대부분의 컴포넌트들은 수동적이다. 시스템이 수동적인 한 모든 생성된 에너지가 방출될 수 있기 때문에 이상적인 종속 소스들 (hn(vn), gm(fm))은 시스템 수동성에 영향을 주지 않는다. 오직 TDPN들만이 능동 에너지를 생성할 수 있고 시스템의 수동성에 영향을 줄 수 있다.This section describes how to use TDPA to manipulate the translated network representation of the i-th terminal of a multiparty remote control system. Based on the basic nature of passivity, the entire network system can be passive and stabilized if all components of the network are passive. As shown in FIG. 13, most components such as the device Z i and the velocity controllers K p and K d are passive so long as they are suitably designed. Ideally dependent sources (h n (v n ), g m (f m )) do not affect system passivity because all generated energy can be released as long as the system is passive. Only TDPNs can generate active energy and affect the passivity of the system.

i번째 터미널에서 모든 TDPN들에 저장되는 총 에너지는 다음과 같다.The total energy stored in all TDPNs in the ith terminal is

Figure pat00047
Figure pat00047

여기서, Ev N 및 Ef N은 TDPN들에서 모든 속도 명령 및 모든 힘 피드백의 저장된 에너지의 합으로 다음과 같다.Where E v N and E f N are the sum of the stored energy of all velocity commands and all force feedback in the TDPNs as follows:

Figure pat00048
Figure pat00048

수학식 6에 따르면, 각각의 TDPN에 저장되는 에너지는 입력 에너지로부터 출력 에너지를 감산함으로써 추산된다. 따라서, 수학식 21은 다음과 같이 기재될 수 있다. According to Equation (6), the energy stored in each TDPN is estimated by subtracting the output energy from the input energy. Therefore, equation (21) can be written as follows.

Figure pat00049
Figure pat00049

각각의 TDPN은 하나의 포트로부터 다른 포트로 2개의 에너지 흐름을 가지고, 두 포트 모두 능동 에너지를 생성할 수 있다. 그러나, 종속 소스는 유한한 에너지의 양을 흡수할 수 있으므로, 그 소스로의 에너지 플로우는 TDPN의 수동성에 영향을 주지 않는다. 따라서, 소스로부터 터미널로의 에너지 플로우들만을 고려하는 것으로 TDPN의 수동성을 보장하는데 충분하다. Each TDPN has two energy flows from one port to another, and both ports can generate active energy. However, since a dependent source can absorb a finite amount of energy, the energy flow to that source does not affect the passivity of the TDPN. Therefore, considering only the energy flows from the source to the terminal is sufficient to ensure the passivity of the TDPN.

도 13에서 TDPN을 갖는 네트워크 표현은 각각의 채널에서 명확한 전력 공액 쌍을 가지도록 한다. 결과적으로, 각각의 소스의 타입에 대해 각각의 TDPN에서 입력 출력 에너지들을 다음과 같이 얻을 수 있다.In FIG. 13, the network representation with TDPN has a clear power conjugate pair in each channel. As a result, for each type of source, the input output energies at each TDPN can be obtained as follows.

- 속도 소스에 대해:- For speed source:

Figure pat00050
Figure pat00050

- 힘 소스에 대해:- For force sources:

Figure pat00051
Figure pat00051

섹션 II 에서 설명된 바와 같이, TDPN에서 저장된 에너지가 모든 시간 동안 양의 값으로 유지된다면 TDPN은 수동적이다. 따라서, i번째 터미널에서 수동성 조건은 다음과 같다.As described in Section II, the TDPN is passive if the energy stored in the TDPN is maintained at a positive value over time. Therefore, the passivity condition at the i-th terminal is as follows.

Figure pat00052
Figure pat00052

수학식 25에서 터미널에서 모든 출력 에너지들이 실시간으로 관측가능한 반면에, 입력 에너지들은 네트워크 지연을 가지고 발생하므로 동일한 샘플링 시간에 관측가능하지 않다. 이와 관련하여, 지연된 입력 에너지를 현재 출력 에너지와 비교함으로써 수동성 조건을 만족시킬 수 있다. 결과적으로, 수학식 25의 수동성 조건은 일 포트에서의 총 출력 에너지가 모든 소스들로부터의 총 지연된 입력 에너지들을 초과하지 않으면 만족될 수 있으며, 다음과 같이 표현될 수 있다.While all output energies in the terminal in Equation 25 can be observed in real time, the input energies occur with network delay and are therefore not observable at the same sampling time. In this regard, the passive condition can be met by comparing the delayed input energy to the current output energy. As a result, the passivity condition of Equation 25 can be satisfied if the total output energy at one port does not exceed the total delayed input energies from all sources, and can be expressed as follows.

Figure pat00053
Figure pat00053

여기서, Dp 및 Dq는 p번째 터미널과 q번째 터미널로부터 i번째 터미널로의 통신 채널에서의 시간 지연이다. Where D p and D q are the time delays in the communication channel from the p th terminal to the q th terminal to the i th terminal.

수학식 26을 만족시키기 위해서, PC가 도입되어 TDPN에서 능동 에너지 흐름들을 방출할 수 있다. 각각의 TDPN의 출력 포트에서, 출력 에너지를 지연된 입력 에너지 미만으로 제한하기 위해, 두개의 상이한 타입의 PC가 소스 타입에 따라 다음과 같이 설계될 수 있다.To satisfy Equation 26, a PC may be introduced to emit active energy flows at the TDPN. To limit the output energy to less than the delayed input energy at the output port of each TDPN, two different types of PCs can be designed according to the source type as follows.

- 어드미턴스 타입: 플로우 소스틀을 가지는 TDPN에 대해- Admittance type: For TDPN with flow source template

Figure pat00054
Figure pat00054

여기서, 에너지 차이는 다음 같다.Here, the energy difference is as follows.

Figure pat00055
Figure pat00055

- 임피던스 타입: 에포트 소스들을 가지는 TDPN에 대해- Impedance type: For TDPN with the input sources

Figure pat00056
Figure pat00056

여기서 에너지 차이는 다음과 같다.Here, the energy difference is as follows.

Figure pat00057
Figure pat00057

도 14는 TDPA를 통한 다자간 원격조종 시스템의 i번째 터미널의 결과적인 수동화된 아키텍쳐를 도시한다. Figure 14 shows the resultant animated architecture of the i-th terminal of a multipoint remote control system via TDPA.

한편, 상술된 기법에서, 어느 정도의 에너지 허용성이 있을 수 있고, 다른 채널들에서 사용될 수도 있기 때문에, 모든 TDPN을 독립적으로 수동화하는 것은 지나치게 보수적인 방식일 수 있다. 방출되는 에너지의 양을 최소화하기 위해 그리고 프레임워크를 덜 보수적으로 만들기 위해, 각각의 TDPN마다 PC를 도입하는 대신에 각각의 소스 타입에 대해 단일 PC를 사용하는 것만으로도 출력 터미널에서 능동 에너지 흐름들을 방출하는데 충분할 수 있다. On the other hand, in the technique described above, it may be too conservative to independently scale all TDPNs, since there may be some degree of energy tolerance and may be used in other channels. To minimize the amount of energy emitted and to make the framework less conservative, using a single PC for each source type, instead of introducing a PC for each TDPN, It may be sufficient to emit.

- 플로우 소스들을 가지는 터미널들에 대해서, 단일 어드미턴스 타입의 PC가 이 채널을 수동화하는데 충분하고 다음과 같이 설계될 수 있다.For terminals with flow sources, a single admittance type PC can be designed to be sufficient to drive this channel and to:

Figure pat00058
Figure pat00058

여기서, 플로우 소스를 갖는 각각의 TDPN의 에너지의 합은 다음과 같이 주어진다.Here, the sum of the energies of the respective TDPNs having flow sources is given as follows.

Figure pat00059
Figure pat00059

여기서, Ein vp 는 제 1 타입 소스 p 로부터 터미널 i 로 향하는 네트워크로의 제 1 입력 에너지이고, Eout vp는 제 1 타입 소스 p 로부터 네트워크를 통해서 터미널 i 로 출력되는 제 1 출력 에너지이고, △T는 샘플링 시간이며, Dp 는 제 1 타입 소스 p 에서 터미널 i 로의 네트워크를 통한 전송에서의 시간 지연이고, fci는 터미널 i 에서의 결과적인 위치 제어기 힘이다.Where E in vp is the first input energy from the first type source p to the terminal i and E out vp is the first output energy from the first type source p through the network to terminal i, T is the sampling time, Dp Is the time delay in the transmission over the network to the terminal i in the first type of the source p, f ci is a resultant force of the position controller in a terminal i.

- 에포트 소스들을 갖는 터미널들에 대해서, 단일 임피던스 타입 PC로 이 채널을 수동화하는데 충분하고, 다음과 같이 설계될 수 있다.For terminals with source ports, it is sufficient to drive this channel with a single impedance type PC and can be designed as follows.

Figure pat00060
Figure pat00060

여기서, 에포트 소스를 가지는 각각의 TDPN의 에너지의 합은 다음과 같다.Here, the sum of the energies of the respective TDPNs having the port sources is as follows.

Figure pat00061
Figure pat00061

결과적으로, TDPA를 통해 덜 보수적으로 수동화된 i번째 터미널은 도 15와 같이 설계될 수 있다. 도 15는 TDPA를 이용해 덜 보수적으로 수동화된 i번째 터미널을 도시한다. 지연되지 않은 위치에서 계산된 입력 에너지들은 지연을 가지고 터미널로 전송된다. 동일한 타입의 소스를 가지는 전송된 에너지들이 합산되고 하나의 지연된 입력 에너지로서 표현된다. 예를 들어, 모든 플로우 소스들로부터 전송된 에너지들은 합산되어 단일 지연된 입력 에너지로 표현된다. 출력 에너지는 또한 소스 타입에 대해 터미널에서 별도로 계산된다. 최종적으로, 2개의 PC들이 지연된 입력 에너지 하에서 각각의 출력 에너지를 규제하도록 도입된다.As a result, the less conservatively manipulated i-th terminal via TDPA can be designed as shown in Fig. Figure 15 shows the i-th terminal that is less conservatively manipulated using TDPA. The input energies calculated at the non-delayed locations are sent to the terminal with delay. The transmitted energies with the same type of source are summed and represented as one delayed input energy. For example, energies transmitted from all flow sources are summed and represented as a single delayed input energy. The output energy is also calculated separately at the terminal for the source type. Finally, two PCs are introduced to regulate the respective output energy under delayed input energy.

상술된 바와 같은 다수의 터미널들 간의 원격제어의 안정화는 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램이 내장된 모듈 등의 전자 장치들을 포함하는 원격제어 안정화 시스템에 의해 구현될 수 있다. 여기서, 다수의 터미널들 중 적어도 일부의 터미널은 제 1 타입 소스(예를 들어, 플로우 소스, 속도 신호 소스) 및 제 2 타입 소스(예를 들어, 에포트 소스, 힘 신호 소스) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 원격제어 안정화 시스템은 다수의 터미널들을 연결하는 네트워크를 포함하고, 네트워크는 제 1 타입 소스 및 제 2 타입 소스 중 적어도 하나로부터 터미널 i 를 향하는 신호(속도 신호, 또는 힘 신호)를 수신하여 터미널 i 로 전송할 수 있다. The stabilization of the remote control between a plurality of terminals as described above may be implemented by a remote control stabilization system including electronic devices such as a computer program or a module with a built-in computer program. Here, at least some of the terminals of the plurality of terminals include at least one of a first type source (e.g., a flow source, a speed signal source) and a second type source (e.g., . The remote control stabilization system includes a network connecting a plurality of terminals and the network receives a signal (velocity signal, or force signal) from at least one of the first type source and the second type source to terminal i and transmits the signal to terminal i Lt; / RTI >

또한, 원격제어 안정화 시스템은 네트워크의 수동성을 모니터링하는 수동성 관측기, PO 및 네트워크가 수동성을 유지하도록 에너지를 소모시키는 수동성 제어기, PC 를 포함할 수 있다. 수동성 관측기는, 도 15 에서 도시된 바와 같이 제 1 타입 소스로부터 다수의 터미널들 중 임의의 터미널인 터미널 i 로 향하는 제 1 입력 에너지, 제 2 타입 소스로부터 터미널 i 로 향하는 제 2 입력 에너지, 제 1 타입 소스로부터 네트워크를 통과하여 터미널 i 로 출력되는 제 1 출력 에너지, 및 제 2 타입 소스로부터 네트워크를 통과하여 터미널 i 로 출력되는 제 2 출력 에너지를 각각 모니터링하여 소스 타입별 입력 에너지와 출력 에너지를 각각 모니터링할 수 있다. In addition, the remote control stabilization system may include a passivity observer for monitoring the passivity of the network, a passivity controller for consuming the PO and energy to maintain the passivity of the network, and a PC. The passivity observer has a first input energy from a first type source to a terminal i which is any of a plurality of terminals as shown in Figure 15, a second input energy from a second type source to a terminal i, Type source to the terminal i, and a second output energy output from the second type source through the network to the terminal i, respectively, to thereby measure the input energy and the output energy per source type, respectively Can be monitored.

제 1 타입 소스 및 상기 제 2 타입 소스 중 적어도 하나의 타입은 복수의 소스들로 이루어질 수 있으며, 도 15 에서와 같이 복수의 플로우 소스들과 복수의 에포트 소스들로 이루어질 수도 있고, 하나의 플로우 소스와 복수의 에포트 소스들 또는 하나의 에포트 소스와 복수의 플로우 소스들로 이루어질 수도 있다.At least one type of the first type source and the second type source may be composed of a plurality of sources and may be composed of a plurality of flow sources and a plurality of earphone sources as shown in Fig. A plurality of flow sources, and a plurality of flow sources.

수동성 관측기는 플로우 소스들로부터 터미널 i 로 향하는 네트워크로의 제 1 입력 에너지 및 플로우 소스들로부터 네트워크를 통해 터미널 i 로 향하는 제 1 출력 에너지를 관측하는 제 1 관측기 및 에포트 소스들로부터 터미널 i 로 향하는 네트워크로의 제 2 입력 에너지 및 에포트 소스들로부터 네트워크를 통해 터미널 i 로 향하는 제 2 출력 에너지를 관측하는 제 2 관측기를 포함할 수 있다. 수동성 관측기는 복수의 소스들로부터 터미널 i 로 향하는 입력 에너지의 소스 타입별 합, 네트워크를 통과하여 터미널 i 로 출력되는 출력 에너지의 소스 타입별 합, 및 동일한 소스 타입에 의한 총 입력 에너지와 총 출력 에너지 사이의 차이를 모니터링하여 계산할 수 있다. The passivity observer includes a first observer observing a first input energy from flow sources to the network towards terminal i and a first output energy from the flow sources to the terminal i through the network and a second observer And a second observer for observing a second input energy to the network and a second output energy from the sources to the terminal via the network. The passivity observer is defined as the sum of the source types of input energy from a plurality of sources to terminal i, the sum of the source types of output energy output to terminal i through the network, and the total input energy and total output energy Can be monitored and calculated.

도 15 에서와 같은 수동성 제어기는 어드미턴스 타입의 제 1 제어기 및 임피던스 타입의 제 2 제어기를 포함할 수 있고, 어드미턴스 타입의 제 1 제어기는 병렬로 연결되는 복수의 플로우 소스들 및 그들의 네트워크와 터미널 i 사이에서 기능하는 것으로 해석될 수 있고, 임피던스 타입의 제 2 제어기는 직렬로 연결되는 복수의 에포트 소스들 및 그들의 네트워크와 터미널 i 사이에서 기능하는 것으로 해석될 수 있다. 어드미턴스 타입 수동성 제어기는 수학식 31 로 정의되는 감폭 요소 β를 사용하여, 플로우 소스인 속도 신호 소스로부터 네트워크를 통해 터미널 i 로 출력되는 에너지의 양을 조절할 수 있다. 임피던스 타입 수동성 제어기는, 수학식 33 으로 정의되는 감폭 요소 α를 사용하여 에포트 소스인 힘 신호 소스로부터 네트워크를 통해 터미널 i 로 출력되는 에너지의 양을 조절할 수 있다.15 may include a first controller of an admittance type and a second controller of an impedance type and the first controller of an admittance type may include a plurality of flow sources connected in parallel and a plurality of flow sources connected between the network and the terminal i And a second controller of the impedance type can be interpreted as functioning between a plurality of input sources connected in series and their network and terminal i. The admittance type passivity controller can adjust the amount of energy output from the speed signal source, which is a flow source, to the terminal i via the network, using the damping factor? Defined by equation (31). The impedance type passivity controller can adjust the amount of energy output to the terminal i through the network from the force signal source, which is the port source, using the damping factor? Defined by equation (33).

V. 다자간 원격조종 시스템의 전체적인 수동성V. Overall Passivity of the Multilateral Remote Control System

이전 섹션에서는 다자간 원격조종 시스템의 단일 디커플링된 네트워크를 수동화하는 일반적인 프레임워크를 제안했다. 유사한 프레임워크가 다른 디커플링된 네트워크들을 수동화할 수 있고, 모든 디커플링된 네트워크 시스템들의 수동성을 보임으로써, 다자간 원격조종 시스템의 전체적인 수동성을 보이는 것이 가능하다. In the previous section, we have proposed a general framework to automate a single decoupled network of multiparty remote control systems. It is possible that similar frameworks can simulate different decoupled networks and show the passivity of all decoupled network systems, thereby showing the overall passivity of the multi-party remote control system.

섹션 III에서 소개된 네트워크 표현 방법으로 인해, 블록 다이어그램 형태에서 다자간 원격조종 시스템은 에너지 흐름들을 갖는 네트워크 표현으로 변환될 수 있다. 도 16은 다자간 원격조종 시스템의 에너지 흐름들을 도시한다. 마스터 또는 슬레이브 로봇들일 수 있는 각각의 터미널에서 입력 및 출력 에너지 흐름들이 존재한다. 입력 에너지의 일부분은 네트워크에 저장되고 네트워크에서 방출되며, 입력 에너지의 나머지는 다른 터미널들로 전송된다. 네트워크에서 에너지의 전체적인 저장된 양은 모든 입력 에너지를 합산하고 각각의 터미널의 모든 출력 에너지를 감산함으로써 계산되며, 다음과 같이 표현된다.Due to the network representation method introduced in Section III, in the form of a block diagram, a multiparty remote control system can be converted to a network representation with energy flows. Figure 16 shows the energy flows of a multipoint remote control system. There are input and output energy flows at each terminal that can be master or slave robots. A portion of the input energy is stored in the network and released from the network, and the remainder of the input energy is transmitted to the other terminals. The total stored amount of energy in the network is calculated by summing all the input energies and subtracting all the output energies of each terminal, and is expressed as:

Figure pat00062
Figure pat00062

여기서, Ein M1은 마스터 1로부터 네트워크로의 입력 에너지이고, Eout S1은 네트워크로부터 슬레이브 1으로의 출력 에너지를 나타낸다. 네트워크에서 저장된 에너지의 양이 전체 시간에서 다음과 같이 0 이상으로 유지되면 다자간 원격조종 시스템은 수동적이라고 할 수 있다.Here, E in M1 is the input energy from the master 1 to the network, and E out S1 represents the output energy from the network to the slave 1. If the amount of energy stored in the network is maintained at 0 or more over the entire time, then the multipurpose remote control system can be said to be passive.

Figure pat00063
Figure pat00063

그러나, 수학식 (25)에서 설명한 것처럼, 다자간 원격조종 시스템의 분산된 성격으로 인해 동일한 샘플링 시간에서 Estored를 모니터링하는 것은 기술적으로 불가능하다. TDPA를 수학식 35로 구현하는 것은 단순하게 보일지도 모른다. 그러나, 본 개시에서 이전에 논의된 바와 같이 TDPA를 구현하기 위해 신호 레벨에서 어떤 입력과 출력 에너지가 페어링되어야 할지를 결정하는 것은 명확한 일이 아니었다. However, as described in equation (25), it is technically impossible to monitor E stored at the same sampling time due to the distributed nature of the multipoint remote control system. Implementing TDPA in Equation 35 may seem simple. However, it was not clear to determine what input and output energy should be paired at the signal level to implement TDPA as discussed earlier in this disclosure.

타겟 터미널로의 기여를 고려하면서 입력 힘들과 속도들을 수학식 15와 같이 분리시켰던 것과 같이, 타겟 터미널로의 기여를 고려하면서 입력 에너지를 다음과 같이 분리할 수 있다.Considering the contribution to the target terminal, the input energy can be separated as follows, taking into account contributions to the target terminal, such as separating the input forces and velocities as shown in equation (15).

Figure pat00064
Figure pat00064

여기서, Ein M1toS1(k)는 슬레이브 1로의 마스터 1의 입력 에너지 기여이고, Ein M1toS2(k)는 슬레이브 2로의 마스터 1의 입력 에너지 기여이다. 섹션 III 에서 논의된 바와 같이, 입력 에너지 기여는 입력 신호들의 기여와 그것의 전력 공액 쌍을 발견함으로써 식별될 수 있다는 것을 주의한다. Where E in M1toS1 (k) is the input energy contribution of master 1 to slave 1, and E in M1toS2 (k) is the input energy contribution of master 1 to slave 2. It is noted that, as discussed in Section III, the input energy contribution can be identified by finding the contribution of the input signals and its power conjugate pair.

따라서, 섹션 III 에서 다자간 원격조종 시스템을 디커플링했던 것처럼 Estored 는 엔드-터미널에 대해 몇 개의 서브 네트워크들로 디커플링될 수 있다. 예를 들어, 슬레이브 1을 고려할 때, 도 17(a)에서와 같이 다른 터미널들의 슬레이브 1으로의 입력 에너지 기여를 식별할 수 있기 때문에, 네트워크의 저장된 에너지의 그 부분을 다음과 같이 표현할 수 있다.Thus, E stored can be decoupled to several subnetworks for the end-terminal as if it had decoupled the multipoint remote control system in Section III. For example, when considering slave 1, since the input energy contribution to slave 1 of other terminals can be identified as in Fig. 17 (a), that part of the stored energy of the network can be expressed as:

Figure pat00065
Figure pat00065

추가적으로, 엔드-터미널로서 마스터 2와 관련해 저장된 에너지는 유사한 방식으로 다음과 같이 표현된다.In addition, the energy stored with respect to master 2 as an end-terminal is expressed in a similar manner as follows.

Figure pat00066
Figure pat00066

일반적으로, 서브네트워크의 저장된 에너지는 터미널의 다른 측으로부터의 입력 에너지 기여의 합에서 터미널로의 출력 에너지를 감산한 것이다. In general, the stored energy of the subnetwork is the subtraction of the output energy from the sum of the input energy contributions from the other side of the terminal to the terminal.

결과적으로, 네트워크의 총 에너지는 각각의 서브네트워크의 저장된 에너지의 합으로써 다음과 같이 재형성될 수 있다.As a result, the total energy of the network can be reformulated as the sum of the stored energy of each subnetwork as follows.

Figure pat00067
Figure pat00067

각각의 저장된 에너지가 모든 시간 동안 양의 값으로 유지된다면, 전체 시스템은 수동적이라고 결론낼 수 있다.If each stored energy is held at a positive value over time, the entire system can be concluded to be passive.

Figure pat00068
Figure pat00068

섹션 IV 에서, 각각의 서브네트워크의 저장된 에너지를 TDPA를 기초로 하여 어떻게 양의 값으로 만들 것인지에 대해서는 이미 논의를 하였다. 따라서, 제안된 프레임워크가 다자간 원격조종 시스템의 수동성을 보장할 수 있다는 결론을 낼 수 있다.In section IV, how to make the stored energy of each sub-network a positive value based on TDPA has already been discussed. Thus, it can be concluded that the proposed framework can guarantee the passivity of a multiparty remote control system.

VI. 실험VI. Experiment

제안된 프레임워크는 삼자간 원격조종 시스템으로 테스트되었다. 도 18은 팬텀 프리미엄 6DOF를 마스터 1로서 가지고, 팬텀 OMNI를 마스터 2로 가지고, 팬텀 프리미엄을 슬레이브로 가지는 삼자간 원격조종 시스템을 도시한다. 트레이너/트레이니(trainer/trainee) 및 단체적 원격조종 시나리오들이 고려되었다. 듀얼 조작자들은 그들의 경험의 레벨 또는 제어 능력에 기초하여 다른 양의 권한을 가지고 동일한 시간에 단일 슬레이브를 원격조종할 수 있다. 슬레이브의 상호작용 힘은 터치의 감각을 전송하기 위해 두 조작자들 모두에게 피드백된다. 조작자들은 마스터 1 로부터 마스터 2 로의 속도 신호와 마스터 2로부터 마스터 1로의 제어 힘 신호를 공유함으로써 서로 커플링되었다. Zc 및 Zsc 는 마스터 2 및 슬레이브의 로컬 위치 제어기이다. 100 msec 고정된 통신 시간-지연이 채널 T1, T2 및 T5 에서 도입되고, 150 msec의 고정된 통신 시간-지연이 채널 T3, T4 및 T6 에서 도입되었다. 제안된 프레임워크는 시간-가변 딜레이도 커버할 수 있다는 것을 유의한다. The proposed framework was tested with a three - way remote control system. 18 shows a three-way remote control system having a phantom premium 6 DOF as a master 1, a phantom OMNI as a master 2, and a phantom premium as a slave. Trainer / trainee and group remote control scenarios were considered. Dual operators can remotely manipulate a single slave at the same time with different amounts of authority based on their experience level or control capability. The interactive force of the slave is fed back to both operators to transmit a sense of touch. Operators were coupled to each other by sharing the velocity signals from Master 1 to Master 2 and the control force signals from Master 2 to Master 1. Z c and Z sc are the local position controllers of Master 2 and Slave. A fixed communication time-delay of 100 msec was introduced in channels T 1 , T 2 and T 5 , and a fixed communication time-delay of 150 msec was introduced in channels T 3 , T 4 and T 6 . Note that the proposed framework can also cover time-varying delays.

삼자간 원격조종 시스템을 수동적으로 만들기 위해, 먼저, 수학식 15에서와 같이 각각의 터미널에의 입력 신호들의 기여를 식별한다. 슬레이브 엔드-터미널의 경우, 네트워크로부터의 출력 속도만 존재하고 출력 힘은 존재하지 않는다. 네트워크로부터 슬레이브로의 출력 속도는 다음과 같이 두 마스터들 모두로부터의 입력 속도들의 기여로 이루어진다. In order to make the tripod remote control system passive, it first identifies the contribution of the input signals to each terminal as in equation (15). In the case of a slave end-terminal, there is only an output rate from the network and no output power is present. The output speed from the network to the slave consists of the contribution of the input speeds from both masters as follows.

Figure pat00069
Figure pat00069

여기서 α는 어떤 마스터가 슬레이브에 더 큰 효과를 가질지를 결정하는 권한 팩터이다. 본 실험에서 α는 0.5의 값으로 세팅되었다.Where alpha is a power factor that determines which master will have a greater effect on the slave. In this experiment, α was set to a value of 0.5.

한편, 마스터 1의 경우, 속도 출력 없이 네트워크로부터의 힘 출력만이 다음과 같이 존재했다. On the other hand, in the case of Master 1, only the force output from the network without velocity output was as follows.

Figure pat00070
Figure pat00070

여기서, fin M2는 운동감각적으로 두 마스터 모두를 커플링하기 위한 마스터 2의 위치 제어기의 계산된 힘이었고, 두 마스터들 모두러부터의 fin S는 목적 속도 명령을 트랙하기 위한 슬레이브의 위치 제어기의 힘이었다.Where f in M2 is the calculated force of the master 2 position controller for coupling both masters kinesthetically and f in S from both masters is the position controller of the slave to track the target speed command It was the power of.

마스터 2의 경우, 다음과 같이 네트워크로부터의 힘 및 속도 출력이 동시에 있었다.In the case of Master 2, the force and speed output from the network were simultaneously as follows.

Figure pat00071
Figure pat00071

여기서, fin S는 슬레이브의 위치 제어기의 계산된 출력 힘이었고, vin M1은 마스터 1의 속도였다. 네트워크의 다른 측으로부터의 입력 신호들과 함께 각각의 엔드-터미널의 출력 힘 및 속도 신호들을 명시적으로 나타냈지 때문에, 삼자간 원격조종 시스템의 블록 다이어그램을 각각의 엔드-터미널에 대해 도 19와 같이 디커플링된 세 개의 네트워크 표현들로 변환할 수 있다. 각각의 표현은 시간-지연으로 인한 능동 에너지 컴포넌트들 및 각각의 TDPN을 수동화시키기 위한 PO들/PC들 또한 명확히 하기 위해 TDPN들을 포함한다. 더 상세한 사항은 섹션 III 및 IV를 참조할 수 있다.Where f in S was the calculated output force of the slave's position controller and v in M1 was the velocity of master 1. Since the output force and velocity signals of each end-terminal are explicitly indicated along with the input signals from the other side of the network, a block diagram of a three-way remote control system is shown for each end- It can be converted into three network representations decoupled. Each representation includes TDPNs to clarify active energy components due to time-delay and POs / PCs for manipulating each TDPN. For further details, please refer to sections III and IV.

도 20 및 21은 제안된 방법을 사용하지 않는 경우의 실험 결과를 도시한다. 두 조작자들 모두가 단일 슬레이브를 원격조종하기 위해 각각의 마스터를 움직였을 때(주어진 권한 팩터와 함께), 두 마스터들 모두와 슬레이브는 자유로운 공간에서도 진동하기 시작했고, 시스템은 결국 도 20에서와 같이 벗어나버렸다. 기대했던 대로, 도 21에서와 같이 모든 TDPN들에서 출력 에너지가 입력 에너지를 초과하였다. 그러나, 도 19에서 설계된 바와 같은 제안된 방법을 이용하는 경우, 두 마스터들 모두 및 슬레이브는 조작자들이 슬레이브가 외부 환경과 충돌하게 하여 열등한 조작 조건들을 생성하였어도 도 22 에서 도시된 바와 같이 안정적인 위치 트랙킹 및 힘 피드백 성능을 보여주었다. 도 23에서와 같이 모든 TDPN들에서 출력 에너지는 입력 에너지에 의해 제한되었다. 20 and 21 show experimental results when the proposed method is not used. When both operators moved their respective masters to remotely control a single slave (with a given rights factor), both masters and slaves began to vibrate in free space, and the system eventually deviated as in Figure 20 I abandoned it. As expected, the output energy exceeded the input energy in all TDPNs, as shown in FIG. However, when using the proposed method as designed in FIG. 19, both masters and slaves are able to maintain stable position tracking and force as shown in FIG. 22, even though operators have created inferior operating conditions by causing the slave to collide with the external environment. Feedback performance. As shown in FIG. 23, in all the TDPNs, the output energy was limited by the input energy.

도 15에서 논의되었던 바와 같이, 모든 TDPN을 독립적으로 수동화시키는 대신에, 각각의 소스 타입에 대해 하나의 PC를 도입하는 것은 설계를 덜 보수적으로 만든다. 도 23에서 이러한 가능성을 명확히 볼 수 있다. TDPN(마스터 1에서 마스터 2로의), TDPN 3(마스터 1에서 슬레이브로의) 및 TDPN 2와 TDPN 4와 같은 다른 TDPN들에서 눈에 띌만한 에너지 마진이 나타났고, 또한 작은 에너지 마진들도 있었다. 도 24는 마스터 1 및 슬레이브에 대한 덜 보수적인 버젼의 수동화 기법을 도시한다. 단일 PC만으로 각각의 타입의 소스에 대해 TDPN들을 수동화시키는 것이 충분하다. 각각의 타입의 소스에 대해 단일의 입력만이 있어서 마스터 2 터미널에 대한 설계는 도 19와 동일하였다.As discussed in FIG. 15, instead of manually manipulating all TDPNs independently, introducing one PC for each source type makes the design less conservative. This possibility can be clearly seen in Fig. There were noticeable energy margins in the TDPN (from master 1 to master 2), TDPN 3 (from master 1 to slave) and other TDPNs such as TDPN 2 and TDPN 4, and there were also small energy margins. Figure 24 shows a less conservative version of the passive technique for Master 1 and Slave. It is sufficient to manually tune the TDPNs for each type of source with a single PC. The design for the Master 2 terminal was the same as in Figure 19, with only a single input for each type of source.

이러한 실험에서, 조작자들은 도 25에서 보여진 이전 실험보다 슬레이브를 더 강하게 조작하였다. 제약된 그리고 자유로운 모션에서도, 제안된 기법은 안정적인 위치/힘 응답을 보여주었다. 각각의 엔드-터미널에서의 출력 에너지는 도 26에서와 같이 합산된 입력 에너지에 의해 제한된다. 마스터 2 터미널에 대해, 이러한 경우, 각각의 타임의 소스의 합산된 입력 에너지와 합산된 출력 에너지를 비교하였다. 도 23과 달리, 하나의 TDPN에서의 일부 에너지 마진들이 다른 TDPN을 위해 사용되었으므로, 전체 상호작용 영역에 대해 거의 에너지 마진들이 있지 않았고, 이로 인해 불필요한 에너지 수정을 감소시켜 덜 보수적인 기법이 만들어졌다.In these experiments, operators manipulated the slaves more strongly than previous experiments shown in FIG. In constrained and free motion, the proposed technique showed a stable position / force response. The output energy at each end-terminal is limited by the summed input energy as in FIG. For the Master 2 terminal, in this case, the summed input energy of the sources of each time and the summed output energy were compared. Unlike FIG. 23, since some energy margins in one TDPN were used for different TDPNs, there was almost no energy margins for the entire interaction region, thereby reducing unnecessary energy correction, resulting in a less conservative technique.

VII. 논의 및 결론VII. Discussion and Conclusion

상기에서 안정된 다자간 원격조종을 위한 TDPA-기반의 일반적 프레임워크가 제안되었고, 삼자간 원격조종 시스템으로 프레임워크가 테스트되었다. 제안된 프레임워크의 설계 절차는 다음과 같이 요약될 수 있다.In the above, a general TDPA-based framework for stable multi-party remote control has been proposed, and a framework has been tested with a three-way remote control system. The design procedure of the proposed framework can be summarized as follows.

1) 터미널에서의 출력 신호들을 네트워크의 다른 측으로부터의 입력 신호들의 기여의 조합으로 표현한다.One) The output signals at the terminals are represented by a combination of the contributions of the input signals from the other side of the network.

2) 각각의 터미널을 종속적 에포트 또는 플로우 소스들로서의 출력 신호들을 가지는 네트워크 회로로 변환시킨다.2) Each terminal is converted to a network circuit having output signals as ports or flow sources depending thereon.

3) 지연된 에포트 소스들을 직렬로 연결하고 지연된 플로우 소스들은 병렬로 연결한다.3) The port sources are connected in series and the delayed flow sources are connected in parallel.

4) 각각의 지연된 에포트 또는 플로우 소스를 지연되지 않은 위치로 시프트함으로써 TDPN을 도입한다.4) Introduces a TDPN by shifting the port or flow source to an un-delayed position at each delay.

5) TDPN을 수동화하도록 각각의 TDPN에서 PO들/PC들을 도입하거나 동일한 타입의 소스를 가지는 TDPN들에 대해 하나의 PO/PC를 도입한다.5) Introduce POs / PCs in each TDPN to tune the TDPN, or introduce one PO / PC for TDPNs with the same type of source.

이러한 프레임워크의 주요 측면은 어떻게 다자간 원격조종 시스템의 통상의 블록 다이어그램을 TDPA의 구현을 위해 명확한 에너지 흐름들을 갖는 네트워크 표현으로 변환할 수 있는지이다. 본 개시에서는 마스터/슬레이브의 동적 파라미터들, 제어기 게인들, 시간-지연의 양 등과 같은 시스템 종속적인 특정한 파라미터들을 사용하지 않으면서 이러한 변환이 전개되었다. 따라서, 제안된 프레임워크의 가장 큰 장점은 이러한 프레임워크가 시간-지연의 양, 다자간 제어 아키텍쳐, 및 마스터들/슬레이브들의 수에 관계없이 어떠한 다자간 원격조종 시스템 상에서도 구현될 수 있다는 것이다. 설명의 편의를 위해 실험예에서는 본 개시의 사상이 일정한 시간-지연을 갖는 삼자간 원격조종 시스템으로 테스트되었지만, 이러한 프레임워크는 더 많은 수의 마스터들/슬레이브들과 시간-가변 지연을 갖는 다자간 원격조종 시스템 상에서도 어려움 없이 구현될 수 있다. 이러한 프레임워크에서는 네트워크 채널만을 다루기 때문에, 마스터 및 슬레이브 로봇들의 비선형 동역학과 관계없이 프레임워크가 적용될 수 있다. 또한, 본 개시의 방법을 각각의 데카르트 좌표계에 독립적으로 구현함으로써 멀티-DOF 연장도 가능할 수 있다.A key aspect of these frameworks is how to convert a conventional block diagram of a multiparty remote control system into a network representation with definite energy flows for the implementation of TDPA. In the present disclosure, such a transformation has evolved without using specific system-dependent parameters such as master / slave dynamic parameters, controller gains, amount of time-delay, and the like. Thus, the greatest advantage of the proposed framework is that such a framework can be implemented on any multipart remote control system, regardless of the amount of time-delay, the multiprotocol control architecture, and the number of masters / slaves. For convenience of explanation, in the experimental example, the idea of the present disclosure was tested with a three-way remote control system with a constant time-delay, but this framework requires a larger number of masters / slaves and a multi- It can be implemented without difficulty on a steering system. Since these frameworks deal only with network channels, frameworks can be applied regardless of the nonlinear dynamics of the master and slave robots. Also, multi-DOF extensions may be possible by implementing the method of the present disclosure independently in each Cartesian coordinate system.

당업자는 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이 둘의 조합으로서 구현될 수도 있음을 또한 이해할 것이다. 하드웨어 및 소프트웨어의 상호 호환성을 명확하게 설명하기 위해, 다양한 예시적인 소자들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 단계들이 일반적으로 이들의 기능적 관점에서 설명되었다. 이러한 기능이 하드웨어로 구현되는지, 또는 소프트웨어로 구현되는지는 특정 애플리케이션 및 전체 시스템에 대해 부가된 설계 제한들에 의존한다. 당업자는 설명된 기능들을 각각의 특정 애플리케이션에 대해 다양한 방식으로 구현할 수 있지만, 이러한 구현 결정은 본 발명의 영역을 벗어나는 것으로 해석되어서는 안 된다.Those skilled in the art will also appreciate that the various illustrative logical blocks, modules, circuits, and algorithm steps herein may be implemented as electronic hardware, computer software, or combinations of both. To clearly illustrate the interchangeability of hardware and software, various illustrative components, blocks, modules, circuits, and steps have been described generally in terms of their functionality. Whether such functionality is implemented as hardware or software depends upon the particular application and design constraints imposed on the overall system. Skilled artisans may implement the described functionality in varying ways for each particular application, but such implementation decisions should not be interpreted as causing a departure from the scope of the present invention.

본 발명과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 및 회로들이 범용 프로세서, 디지털 신호 처리기(DSP), 주문형 집적회로(ASIC), 필드 프로그램가능한 게이트 어레이(FPGA) 또는 다른 프로그램가능한 논리 장치(PLD), 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트들 또는 설명된 기능들을 구현하도록 설계된 이들의 조합으로 구현 또는 수행될 수 있다. 범용 프로세서는 마이크로 프로세서 일 수 있지만, 대안적으로, 프로세서는 상용 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신일 수 있다. 프로세서는 예를 들어, DSP 및 마이크로프로세서, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 관련한 하나 이상의 마이크로 프로세서, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로서 구현될 수 있다. The various illustrative logical blocks, modules, and circuits described in connection with the present disclosure may be implemented or performed with a general purpose processor, a digital signal processor (DSP), an application specific integrated circuit (ASIC), a field programmable gate array (PLD), discrete gate or transistor logic, discrete hardware components, or any combination thereof designed to implement the described functions. A general purpose processor may be a microprocessor, but, in the alternative, the processor may be a commercial processor, controller, microcontroller, or state machine. A processor may be implemented as, for example, a DSP and a microprocessor, a plurality of microprocessors, one or more microprocessors in conjunction with a DSP core, or any other such configuration.

본원 발명과 관련하여 설명되는 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로, 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로, 또는 이 둘의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래쉬 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터들, 하드디스크, 휴대용 디스크, CD-ROM, 또는 공지된 임의의 다른 형태의 저장 매체에 상주할 수 있다. 예시적인 저장매체는, 프로세서가 저장매체로부터 정보를 판독하고, 저장매체에 정보를 기록할 수 있도록 프로세서에 연결된다. 대안적으로, 저장 매체는 프로세서에 통합될 수도 있다. 프로세서 및 저장매체는 ASIC에 위치할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말에 위치할 수도 있다. 대안적으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말에서 개별 컴포넌트들로서 존재할 수 있다. The steps of a method or algorithm described in connection with the present invention may be embodied directly in hardware, in a software module executed by a processor, or in a combination of the two. The software module may reside in a RAM memory, a flash memory, a ROM memory, an EPROM memory, an EEPROM memory, registers, a hard disk, a portable disk, a CD-ROM, or any other form of storage medium known in the art. An exemplary storage medium is coupled to the processor such that the processor can read information from, and write information to, the storage medium. Alternatively, the storage medium may be integral to the processor. The processor and the storage medium may be located in an ASIC. The ASIC may be located at the user terminal. In the alternative, the processor and the storage medium may reside as discrete components in a user terminal.

하나 이상의 예시적인 실시예들에서, 설명된 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 조합을 통해 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 물건으로서 소프트웨어로 구현되는 경우, 상기 기능들은 컴퓨터 판독가능한 매체 상에 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 저장되거나, 또는 이들을 통해 전송될 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 일 장소에서 다른 장소로 컴퓨터 프로그램의 이전을 용이하게 하기 위한 임의의 매체를 포함하는 통신 매체를 포함한다. 저장 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용한 매체일 수 있다. 예를 들어, 이러한 컴퓨터 판독가능한 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장소, 자기 디스크 저장소 또는 다른 자기 저장 장치들, 또는 명령 또는 데이터 구조의 형태로 요구되는 프로그램 코드 수단을 저장 또는 전달하는데 사용될 수 있고, 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 또한, 임의의 연결 수단이 컴퓨터 판독가능한 매체로 간주될 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어가 웹사이트, 서버, 또는 다른 원격 소스로부터 동축 케이블, 광섬유 케이블, 꼬임 쌍성, 디지털 가입자 라인(DSL), 또는 적외선, 라디오, 및 마이크로웨이브와 같은 무선 기술들을 통해 전송되는 경우, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 꼬임 쌍선, DSL, 또는 적외선, 라디오, 및 마이크로웨이브와 같은 무선 기술들이 이러한 매체의 정의에 포함될 수 있다. 여기서 사용되는 disk 및 disc은 컴팩트 disc(CD), 레이저 disc , 광 disc, DVD, 플로피 disk, 및 블루-레이 disc를 포함하며, 여기서 disk는 데이터를 자기적으로 재생하지만, disc은 레이저를 통해 광학적으로 데이터를 재생한다. 상기 조합들 역시 컴퓨터 판독가능한 매체의 범위 내에 포함되어야 한다.In one or more exemplary embodiments, the functions described may be implemented in hardware, software, firmware, or a combination thereof. When implemented in software as a computer program product, the functions may be stored on or transmitted via one or more instructions or code on a computer-readable medium. Computer-readable media includes computer storage media and communication media including any medium for facilitating transfer of a computer program from one place to another. The storage medium may be any available media that can be accessed by a computer. For example, such a computer-readable medium may store or store program code means as required in the form of a RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM or other optical disk storage, magnetic disk storage or other magnetic storage devices, Or any other medium which can be used to communicate, and which can be accessed by a computer. In addition, any connection means may be considered as a computer-readable medium. For example, if the software is transmitted over a wireless technology such as a coaxial cable, a fiber optic cable, a twisted pair, a digital subscriber line (DSL), or infrared, radio, and microwave from a web site, server, Wireless technologies such as coaxial cable, fiber optic cable, twisted pair cable, DSL, or infrared, radio, and microwave may be included in the definition of such a medium. The discs and discs used here include compact discs (CDs), laser discs, optical discs, DVDs, floppy discs, and Blu-ray discs where disc plays the data magnetically, As shown in FIG. The combinations should also be included within the scope of computer readable media.

위에서 설명된 본 발명의 실시 예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 이들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 대한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있을 것이며, 이러한 수정 및 변경은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. The embodiments of the present invention described above are disclosed for the purpose of illustration, and the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims (8)

다수의 터미널들 간의 원격제어를 안정화하기 위한 시스템으로서,
상기 다수의 터미널들 중 적어도 일부의 터미널은 제 1 타입 소스 및 제 2 타입 소스 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 시스템은,
상기 다수의 터미널들을 연결하는 네트워크로서, 상기 네트워크는 제 1 타입 소스 및 제 2 타입 소스 중 적어도 하나로부터 터미널 i 를 향하는 신호를 수신하여 상기 터미널 i 로 전송하는, 네트워크;
상기 네트워크의 수동성을 모니터링하는 수동성 관측기; 및
상기 네트워크가 수동성을 유지하도록 에너지를 소모시키는 수동성 제어기를 포함하고,
상기 수동성 관측기는, 상기 제 1 타입 소스로부터 상기 터미널 i 로 향하는 제 1 입력 에너지, 상기 제 2 타입 소스로부터 상기 터미널 i 로 향하는 제 2 입력 에너지, 상기 제 1 타입 소스로부터 상기 네트워크를 통과하여 상기 터미널 i 로 출력되는 제 1 출력 에너지, 및 상기 제 2 타입 소스로부터 상기 네트워크를 통과하여 상기 터미널 i 로 출력되는 제 2 출력 에너지를 각각 모니터링하며,
상기 수동성 제어기는 상기 모니터링 결과에 기초하여 상기 터미널 i 로 출력되는 에너지의 양을 조절하는,
다수의 터미널들 간의 원격제어를 안정화하기 위한 시스템.
A system for stabilizing remote control between a plurality of terminals,
Wherein at least some of the plurality of terminals include at least one of a first type source and a second type source,
The system comprises:
A network connecting the plurality of terminals, the network receiving signals from at least one of a first type source and a second type source to terminal i and transmitting to the terminal i;
A passivity observer for monitoring the passivity of the network; And
And a passivity controller that consumes energy such that the network maintains passivity,
Said passive observer having a first input energy directed from said first type source to said terminal i, a second input energy directed from said second type source to said terminal i, i and a second output energy output from the second type source through the network to the terminal i,
Wherein the passivity controller adjusts an amount of energy output to the terminal i based on the monitoring result,
A system for stabilizing remote control between a plurality of terminals.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 타입 소스 및 상기 제 2 타입 소스 중 적어도 하나의 타입은 복수의 소스들로 이루어지고,
상기 수동성 관측기는, 상기 복수의 소스들로부터 상기 터미널 i 로 향하는 입력 에너지의 소스 타입별 합, 상기 네트워크를 통과하여 상기 터미널 i 로 출력되는 출력 에너지의 소스 타입별 합, 및 동일한 소스 타입에 의한 총 입력 에너지와 총 출력 에너지 사이의 차이를 계산하는,
다수의 터미널들 간의 원격제어를 안정화하기 위한 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of the first type source and the second type source comprises a plurality of sources,
Wherein the passivity observer comprises: a sum of source types of input energy directed from the plurality of sources to the terminal i, a sum of source types of output energy output to the terminal i through the network, and a sum To calculate the difference between the input energy and the total output energy,
A system for stabilizing remote control between a plurality of terminals.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 타입 소스는 속도 신호를 발생시키고,
상기 수동성 제어기는 어드미턴스 타입 수동성 제어기를 포함하여, 아래 수학식 a 로 정의되는 감폭 요소 β를 사용하여, 상기 제 1 타입 소스로부터 상기 네트워크를 통해 상기 터미널 i 로 출력되는 에너지의 양을 조절하는,
다수의 터미널들 간의 원격제어를 안정화하기 위한 시스템.
<수학식 a>
Figure pat00072

여기서, Ei v(k) 는
Figure pat00073
로 정의되며, Ein vp 는 제 1 타입 소스 p 로부터 터미널 i 로 향하는 네트워크로의 제 1 입력 에너지이고, Eout vp는 제 1 타입 소스 p 로부터 네트워크를 통해서 터미널 i 로 출력되는 제 1 출력 에너지이고, △T는 샘플링 시간이며, Dp 는 제 1 타입 소스 p 에서 터미널 i 로의 네트워크를 통한 전송에서의 시간 지연이고, fci는 터미널 i 에서의 결과적인 위치 제어기 힘이다.
3. The method according to claim 1 or 2,
The first type source generates a velocity signal,
Wherein the passivity controller comprises an admittance type passivity controller to adjust the amount of energy output from the first type source to the terminal i via the network using a damping factor?
A system for stabilizing remote control between a plurality of terminals.
&Lt; Formula (a) >
Figure pat00072

Here, E i v (k)
Figure pat00073
E in vp is the first input energy from the first type source p to the terminal i and E out vp is the first output energy from the first type source p through the network to the terminal i , DELTA T is the sampling time, Dp Is the time delay in the transmission over the network to the terminal i in the first type of the source p, f ci is a resultant force of the position controller in a terminal i.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 타입 소스는 힘 신호를 발생시키고,
상기 수동성 제어기는 임피던스 타입 수동성 제어기를 포함하여, 아래 수학식 b 로 정의되는 감폭 요소 α를 사용하여 상기 제 2 타입 소스로부터 상기 네트워크를 통해 상기 터미널 i 로 출력되는 에너지의 양을 조절하는,
다수의 터미널들 간의 원격제어를 안정화하기 위한 시스템.
<수학식 b>
Figure pat00074

여기서, Ei f(k) 는
Figure pat00075
로 정의되며, Ein vp 는 제 2 타입 소스 q 로부터 터미널 i 를 향한 네트워크로의 제 2 입력 에너지이고, Eout vp는 제 2 타입 소스 q 로부터 네트워크를 통해서 터미널 i 로 출력되는 제 2 출력 에너지이고, △T는 샘플링 시간이며, Tq 는 제 2 타입 소스 q 에서 터미널 i 로의 네트워크를 통한 전송에서의 시간 지연이고, 상기 vi는 터미널 i 에서의 결과적인 속도이다.
3. The method according to claim 1 or 2,
Said second type source generating a force signal,
Wherein the passivity controller comprises an impedance type passivity controller to adjust the amount of energy output from the second type source to the terminal i via the network using a damping factor?
A system for stabilizing remote control between a plurality of terminals.
Equation (b)
Figure pat00074

Here, E i f (k)
Figure pat00075
E in vp is the second input energy from the second type source q to the terminal i and E out vp is the second output energy from the second type source q through the network to the terminal i , DELTA T is the sampling time, Tq Is the time delay in transmission over the network from the second type source q to terminal i, and v i is the resulting rate at terminal i.
다수의 터미널들 간의 원격제어를 안정화하기 위한 방법으로서,
상기 다수의 터미널들은 네트워크에 의해 연결되고, 상기 다수의 터미널들 중 적어도 일부의 터미널은 제 1 타입 소스 및 제 2 타입 소스 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 방법은,
상기 네트워크의 수동성을 모니터링하는 수동성 관측기를 통해, 상기 제 1 타입 소스로부터 터미널 i 로 향하는 제 1 입력 에너지, 상기 제 2 타입 소스로부터 상기 터미널 i 로 향하는 제 2 입력 에너지, 상기 제 1 타입 소스로부터 상기 네트워크를 통해 상기 터미널 i 로 출력되는 제 1 출력 에너지, 및 상기 제 2 타입 소스로부터 상기 네트워크를 통해 상기 터미널 i 로 출력되는 제 2 출력 에너지를 각각 모니터링하는 단계; 및
상기 모니터링 결과에 기초하여, 상기 네트워크가 수동성을 유지하도록 에너지를 소모시키는 수동성 제어기를 통해 상기 터미널 i 로 출력되는 에너지의 양을 조절하는 단계를 포함하는,
다수의 터미널들 간의 원격제어를 안정화하기 위한 방법.
CLAIMS 1. A method for stabilizing remote control between a plurality of terminals,
Wherein the plurality of terminals are connected by a network and at least some of the plurality of terminals include at least one of a first type source and a second type source,
The method comprises:
A first input energy from the first type source to the terminal i, a second input energy from the second type source to the terminal i, and a second input energy from the first type source to the terminal i via a passivity observer monitoring the passivity of the network, Monitoring a first output energy output to the terminal i via the network and a second output energy output from the second type source to the terminal i via the network, respectively; And
And adjusting an amount of energy output to the terminal i through a passivity controller that consumes energy to maintain passivity based on the monitoring result.
A method for stabilizing remote control between a plurality of terminals.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 타입 소스 및 상기 제 2 타입 소스 중 적어도 하나의 타입은 복수의 소스들로 이루어지고,
상기 모니터링하는 단계는, 상기 복수의 소스들로부터 상기 터미널 i 로 향하는 입력 에너지의 소스 타입별 합, 상기 네트워크를 통과하여 상기 터미널 i 로 출력되는 출력 에너지의 소스 타입별 합, 및 동일한 소스 타입에 의한 총 입력 에너지와 총 출력 에너지 사이의 차이를 계산하는 단계를 포함하는,
다수의 터미널들 간의 원격제어를 안정화하기 위한 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein at least one of the first type source and the second type source comprises a plurality of sources,
Wherein the monitoring step comprises: a sum of source types of input energy directed from the plurality of sources to the terminal i, a sum of source types of output energies output to the terminal i through the network, Calculating a difference between a total input energy and a total output energy,
A method for stabilizing remote control between a plurality of terminals.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 타입 소스는 속도 신호를 발생시키고,
상기 조절하는 단계는, 어드미턴스 타입 수동성 제어기를 통해, 아래 수학식 a 로 정의되는 감폭 요소 β를 사용하여, 상기 제 1 타입 소스로부터 상기 네트워크를 통해 상기 터미널 i 로 출력되는 에너지의 양을 조절하는 단계를 포함하는,
다수의 터미널들 간의 원격제어를 안정화하기 위한 방법.
<수학식 a>
Figure pat00076

여기서, Ei v(k) 는
Figure pat00077
로 정의되며, Ein vp 는 제 1 타입 소스 p 로부터 터미널 i 를 향한 네트워크로의 제 1 입력 에너지이고, Eout vp는 제 1 타입 소스 p 로부터 네트워크를 통해서 터미널 i 로 출력되는 제 1 출력 에너지이고, △T는 샘플링 시간이며, Dp 는 제 1 타입 소스 p 에서 터미널 i 로의 네트워크를 통한 전송에서의 시간 지연이고, fci 는 상기 터미널 i 에서의 결과적인 위치 제어기 힘이다.
The method according to claim 5 or 6,
The first type source generates a velocity signal,
Wherein the adjusting comprises adjusting the amount of energy output from the first type source to the terminal i via the network, using a damping factor? Defined by equation (a) via an admittance type passivity controller / RTI &gt;
A method for stabilizing remote control between a plurality of terminals.
&Lt; Formula (a) &gt;
Figure pat00076

Here, E i v (k)
Figure pat00077
E in vp is the first input energy from the first type source p to the terminal i and E out vp is the first output energy from the first type source p to the terminal i through the network , DELTA T is the sampling time, Dp Is the time delay in transmission over the network from the first type source p to terminal i and f ci is the resulting position controller force at terminal i.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 제 2 타입 소스는 힘 신호를 발생시키고,
상기 조절하는 단계는, 임피던스 타입 수동성 제어기를 통해, 아래 수학식 b 로 정의되는 감폭 요소 α를 사용하여 상기 제 2 타입 소스로부터 상기 네트워크를 통해 상기 터미널 i 로 출력되는 에너지의 양을 조절하는 단계를 포함하는,
다수의 터미널들 간의 원격제어를 안정화하기 위한 방법.
<수학식 b>
Figure pat00078

여기서, Ei f(k) 는
Figure pat00079
로 정의되며, Ein vp 는 제 2 타입 소스 q 로부터 터미널 i 를 향한 네트워크로의 제 2 입력 에너지이고, Eout vp는 제 2 타입 소스 q 로부터 네트워크를 통해서 터미널 i 로 출력되는 제 2 출력 에너지이고, △T는 샘플링 시간이며, Tq 는 제 2 타입 소스 q 에서 터미널 i 로의 네트워크를 통한 전송에서의 시간 지연이고, 상기 vi는 터미널 i 에서의 결과적인 속도이다.
The method according to claim 5 or 6,
Said second type source generating a force signal,
Wherein the adjusting comprises adjusting the amount of energy output from the second type source to the terminal i via the network using an impedance type passivity controller and using a damping factor? Including,
A method for stabilizing remote control between a plurality of terminals.
Equation (b)
Figure pat00078

Here, E i f (k)
Figure pat00079
E in vp is the second input energy from the second type source q to the terminal i and E out vp is the second output energy from the second type source q through the network to the terminal i , DELTA T is the sampling time, Tq Is the time delay in transmission over the network from the second type source q to terminal i, and v i is the resulting rate at terminal i.
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