基于INTERNET的遥操作机器人系统的控制与仿真

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1、武汉理工大学硕士学位论文基于Internet的遥操作机器人系统的控制与仿真姓名：桂芳申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：全书海20060401武汉理工大学硕士学位论文摘要机器人是上个世纪最伟大的发明之～，它的出现将人从繁重的体力工作中解脱出来，提高了工业生产的效率和精度，同时机器人还可以到达人无法到达的环境代替人完成任务，如深海，太空以及核环境等。此外，机器人还广泛应用于军事、医疗、娱乐和科学研究等领域。基于临场感技术的遥操作机器人是现代机器入研究的一个重要方向。随着计算机网络技术的迅速发展，遥操作机器人系统的通讯环节逐渐由Internet取代。但是Interact存在的随机

2、时延会严重影响遥操作机器人系统的性能，甚至使得系统不稳定。为解决这个问题，本文首先分析并测试Intemet时延特性，然后对遥操作机器人系统的控制方法展开研究，主要工作如下：首先对Interact网络时延特性进行分析，研究了网络时延的变化规律，归纳出影响网络时延的几个主要因素。在此基础之上设计了网络时延测试软件，实现了对校园网内基于不同传输协议的时延的测试，并对实验结果进行了分析。最后根据分析结果对遥操作机器人系统的传输协议进行了选择。探讨和分析了基于二端口网络的无源控制算法。该算法将遥操作机器人系统等效为一个无源二端口网络来分析系统的稳定性。利用此算法对遥操作机器人系统控制可以减小时延对系统

3、的稳定性影响，获得较好的操作性能。同时探讨了存在时变时延和数据丢失现象的Internet环境下的控制问题。最后通过仿真证明了无源控制算法的有效性。针对实际的遥操作机器人系统的工作环境的未知性，为了对不确定环境下的遥操作机器人系统进行较好的控制，研究和分析了基于神经网络的遥操作机器人系统的预测控制算法，该算法通过建立远地从机械手和环境模型，预测从机械手返回的作用力，实现主、从机械手之间的无时滞跟踪。通过仿真验证了此算法能够获得较好的稳定性和操作性能。关键词：]nternct，遥操作机器人，网络时延，无源控制，预测控制墓堡堡三盔兰堕主兰堡丝苎Robotwasoneofthegreatestinv

4、entionsiulastcentury．ItextricateshumanfoITOheavyphysicalworkandincreaseefficiencyandprecisionofindustrialproduction．Robotscandothetaskforpeopleintheenvironmentswhereareinaccessibleforhumanaswell，suchasdeepocean，aerospaceandnucleararea．Moreover,robotsarewidelyusedinmilitaryaffairs，medicaltreatment，e

5、ntertainmentandscienceresearch．TeleoperatorbasedOiltelepresencetechnologyisallimportantresearchofrobot．Withtherapidimprovementsofcomputernetwork，thecommunicationofteleoperatorsystemisreplacedbyInteract．Buttherandomtime·delayofInternetwillaffecttheperformanceoftelcoperatorsystem，andevenmakethesystem

6、unstable．Tosolvetheproblem，firstly,thetime-delayofIntemetwillbeanalyzedandtested，andthentheresearchontelcoperatorsystemwillbediscussed．Mainresearchesarebelow：Thecharacteristicoftime—delaywffreanalyzedatfirst，andtheprimaryfactorswhichaffecttime．delayweresummarized．Basedontheanalysis．aprogramfortesti

7、ngthenetworktime-delaywasdesignedandappliedintestingthecampusnetworktime-delay,andthetestresultwasanalyzed．Somesuggestionsonchoiceoftransmissionprotocolsintelcoperationsystemwereprovided．Apassivecontrolalgo