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虚拟环境下基于网络的机器人系统研究

苏丽颖

  主从式遥控机器人的目的就是通过主手去控制远处的从手,以完成作业任务。对于从手与环境物体有接触的作业任务,双向力反馈控制是实现灵活、有效的遥操作控制的一项关键技术。伴随着虚拟现实技术的飞速发展,虚拟环境双向力反馈主从遥控技术有着广阔的应用前景。而主从系统之间的数据传输需要一定的通道,传统的通讯媒介为电缆。显然用电缆有很大的局限性,尤其是对于太空这样的远距离作业场所。互联网是当今应用范围最广最便捷的信息传输渠道,造价也要低廉得多。本文即是将Internet的应用引入机器人研究的领域。在查阅了大量文献的基础上,本课题侧重基础研究,确立了主从系统的分阶段反馈控制的方案,对其建模及其控制问题进行了深入研究,并验证了其可行性。在系统仿真的条件下,模拟了JS 5型机器人手臂的运动。以JS 5型机器人的性能指标作为虚拟主手的模型参数进行仿真时,作了适当的简化,建立了虚拟主手的运动学方程、逆运动学方程以及虚拟主手的方向余弦。对工作于太空领域的机器人,为实现安全操作,本文就微重力空间中物体间的相互作用进行了研究。针对失重空间中物体接触的特点,应用弹性力学理论,建立了描述接触力以及运动状态的数学模型。并对重力空间下的虚拟从手进行了分析,从人与物体的接触机理出发,建立了虚拟从手与物体相互作用的数学模型。由于该模型考虑了物体的阻尼特性,从而提高了系统稳定性。在可能存在延时的双向力反馈机器人系统中,为补偿延时,同时提高反馈力保真度,本文采用分权反馈与模糊控制理论的两阶段控制方案。这样可以兼顾不同阶段的速度与精度要求。在虚拟从手远离环境物体时,采用分权反馈控制,在虚拟从手与环境物体接触时就采用自学习的模糊控制。采用模糊控制理论设计的具有自学习功能的拟人力控制器,可将由虚拟从手模型得到的反馈力传给虚拟主手系统。本文建立了基于互联网传输数据的主从遥操作仿真实验系统。在分块建立的虚拟主手系统、虚拟从手系统碰撞检测及控制的模型基础上,进行了网上实验,分析了实验结果,来验证本文提出的理论及所建模型的正确性。整套软件河北工业大学硕士研究生学位论文是在基于 Windows 95操作系统的 Visual++6刀平台上编制的。本论文所作的研究工作验证了所提出的在虚拟环境下,基于网络传输数据的主从式遥控机器人这一设想的可行性,为Internet技术在机器人技术领域的应用提供了有价值的设计方法和理论依据。……   
[关键词]:网络;主从式遥控机器人;分权反馈;自学习模糊控制;虚拟环境
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:河北工业大学2000年