基于手臂机器人远程控制的网络教学实验系统设计与实现

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1、摘要自动控制理论课程面向控制对象，强调系统组成，强调从理论到实践的特点使得该课程的实验教学成为相关专业教育中至关重要的一个环节。然而传统实验教学实验安排不灵活、仪器维护困难等弊端使得远程实验教学成为一种新的发展趋势。本论文根据远程实验教学的发展趋势和实际需要，提出一种将硬件实验资源网络化的解决方案，通过设计和实现基于手臂机器人远程控制的网络教学实验系统，为学生提供一个适用于控制理论教学和研究的网络化实验平台。系统设计基于B／S三层体系结构和四层Intemet体系结构相结合的开发模式。本文首先给出整个远程控

2、制实验教学系统的构成，然后进行现场监控子系统(后台控制端)和远程控制子系统软件的设计和实现。在现场监控子系统中，除具有传统的速度反馈和PID控制算法外，还设计实现了极点配置、最优跟踪、积分分离等多种控制算法类型，在硬件控制接口电路设计中，以PICl6C74A单片机作为下位机，利用并行口与上位监控机进行实时通信，完成对手臂机器人的现场控制。为实现多用户远程监控、仿真、保存实验记录和查询历史实验数据等功能，远程控制子系统服务器端和客户端设计采用了多线程、JavaApplet和JDBC等开发技术，而且在服务器设

3、计中利用FCFS(先来先服务)算法解决了多用户竞争访问的冲突问题。在网络通信设计中，设计了一系列通信协议帧，并将各帧转化成字符串形式传输，解决了通信中存在的数据移植问题。控制端和服务器端通信基于TCP／IP和HTTP协议，实现了数据在网络上的传输，从而实现手臂机器人的远程控制。系统运行结果表明，用户可以在Intemet上进行各种不同控制算法、不同控制参数的远程监控和仿真实验，并且能够有效的完成保存和查询等实验功能。在远程监控实验中，用户不仅可以获取动态实时的响应曲线，还可以通过网络摄像机看到实验的现场运行

4、情况。系统的实际运行能有效地实现硬件资源的共享，为国际化的控制理论实验教学提供了一个范例。关键词：手臂机器人，控制理论教学与实验，B／S模式，现场监控子系统，远程控制子系统ABSTRACTAutomaticcontroltheoryexperimentteachingisaveryimportantaspectincollegeeducation，beauseitisobjectoriented．Asolutionoftransplantingoriginalhardwareexperimentresou

5、rcesontonetworkplatformisprovidedunderthen．endofremoteexperimentalteachingandtherequirementofpracticalrequirement．AnInternetteachingexperimentsystemiSdesignedbasedonarmrobotremotecontr01．Itprovidesanetworkplatformbasedonthehardwarecontrolusedforthecontrol

6、theoryteachingandresearch．ThedesigningmodulebasedonthecombinationofB／SthreelayersandfourIntemetlayersiSadopted．AfterthestructureofthewholesystemiSintroduced，thein-situmonitorandcontrolsubsystem(thebackgroundcontrolsubsystem)andtheremotecontrolsubsystemare

7、realized．Manykindsofcontrolalgorithmssuchaspoleassignmet。optimaltracingcontrolandSOonaredesignedandrealizedinthein-situcontrolsubsystem．InthehardwareinterfacecircuitmicroconreollerPICl6C74AiSusedasthelowerlevelsinglechip．ItcommunicateswiththecontrolPCthro

8、ughparallelporttocompletethearmrobotin—situcontr01．Intheprocessoftheserverandthewebclientdevelopment，thetechnologiessuchasthemulti·thread，JavaAppletandJDBCareappliedtOrealizetheexpefimentalfunctionsofthe8rmrobotcont