基于Internet的机器人遥操作系统的设计与实现

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1、摘要摘要基于Intemet的机器人遥操作是一项综合性网络应用，在底层控制上属于闭环网络控制系统研究的范畴，在体系结构上体现了离散事件系统的特点，在遥操作的策略上需要对网络性能和控制器设计进行综合考虑。本文围绕在Internet环境下进行机器人遥操作所面临的网络不定时延、稳定性控制和视觉临场感问题进行了以下几个方面的研究：1．基于Internet的机器人遥操作系统体系结构的研究。分析了国内外遥操作机器人技术的发展历程，对现有的遥操作系统的组织体系结构和控制策略进行了深入的探讨和总结；采用基于事件／时间驱动的监督控制方法作为

2、遥操作系统的控制方案，井在此基础上设计了以监督控制器和基于虚拟现实的预测仿真为核心的遥操作系统的控制模型。根据控制模型定义了各个子系统的功能和作用。2．监督控制器的设计和实现。将基于Internet的遥操作过程看作是离散事件动态系统对连续变量动态系统的监督控制过程，采用Petri网为描述工具建立了监督控制器的模型；在监督控制器中，采用实时最小方差预测算法(LMSE)作为机器人局部自主运动的线性预测模型。3．基于虚拟现实的视觉l临场感的研究和实现。以SIASUNRH6-A工业机器人为对象，应用Denav／t-Hartenb

3、erg法建立了该机器人的运动学方程，在Windows平台上使用vCH和OpenGL图形库．建立了包括该机器人延时模型和预测模型的仿真环境；仿真环境中的机器人模型与真实机器人具有相同的参数且各自由度之间相互独立，能够实现独立控制并对外提供控制接口；另外，操作者可以通过变换仿真环境的图形窗口视角．从不同角度观测遥操作运行结果。4．机器人遥操作通讯协议的定义和实现。基于TCP／IP协议栈在应用层上设计了机器人遥操作通讯协议，并且根据协议实现了客户端和监督控制器之间的通讯和控制；基于HOP协议在监督控制器和机器人之间采用CoRB

4、A技术进行通讯和控制。5．基于Internet的机器人遥操作系统的构建和实验。建立了一套基于Internet的机器人遥操作系统的软件平台：通过对Internet传输特性的分析，建立了以Internet时延仿真器为核心的时延仿真环境；为了验证本遥操作系统控制方案的可行性，进行了仿真Internet时延环境下的机器人遥操作实验，实验内容包括示教、再现以及复杂轨迹跟踪等。关键词：机器人，遥操作，In／emet，监督控制器，预测仿真东南大学硕士学位论文ABSTRACTThenetworkbasedrobotteleoperati

5、onsystemisanintegratedapplication．Atthecontrollevel,itbelongstOtheresearchareaofnetworkedcontrolsystem．Atthecontrolarchitecturelevel,itisadistributedcontrolsystem．Andtheteleoperationstrategyneedstosynthesisthenetwork。sperformanceandthecontroldesign．Inthispaper,re

6、searchonthekeyproblemsofIntemetbasedteleoperation,sucha．qtj】ffledelayofIntemet,stabilitycontrolandvisiontelepresent,arediscussedtogetherwiththestudyontheinvolvedpervasivesignificativetheoryandtechnology．SeveralvaluableandcreativeresearchesarepresentedInthispaper．

7、1．ResearchonthecontrolarchitectureofIntemetbasedteleoperationsystem．ThedevelopmentofteleoperatontechnologyathomeandabroadWaSanalyzed,thearchitectureandcontrolstrategiesoftheteleoperationatpresentWaSsummarized；thesupervisorycontrolandevent／time-drivencontrolmethod

8、sWaSselectedasthecontrolschemeoftheInternet-basedteleoperationsystem．Basedonthestudyofthecontrolscheme,thecontrolmodelwhichincludesthesupervisorycontroUerandth