【摘要】：Internet的迅速發(fā)展推動(dòng)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域和機(jī)器人領(lǐng)域的融合,使網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和遠(yuǎn)程控制技術(shù)的結(jié)合成為必然趨勢(shì)。通過(guò)建立跨地域的連接,Internet環(huán)境下的機(jī)器人已開(kāi)辟出新的應(yīng)用領(lǐng)域,主要包括:遠(yuǎn)程治療,遠(yuǎn)程監(jiān)控、分布式作業(yè)、基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同工作、智能家居等。與局域網(wǎng)和專(zhuān)網(wǎng)不同,Internet的開(kāi)放性意味其網(wǎng)絡(luò)性能更具有動(dòng)態(tài)可變性,所提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量更不具有保證性,因此,Internet環(huán)境下的遙操作機(jī)器人系統(tǒng)將更多地受到網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)、丟包和鏈路可用帶寬資源可獲性的影響,這些網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)既受網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制的影響,也受網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化的影響,具有較大的不確定性。這些因素直接影響遙操作機(jī)器人系統(tǒng)的穩(wěn)定性和透明度,限制了遙操作機(jī)器人系統(tǒng)在Internet環(huán)境下的發(fā)展。本文從網(wǎng)絡(luò)體系本身及控制領(lǐng)域出發(fā),研究Internet網(wǎng)絡(luò)的特性,尤其是網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的規(guī)律,并通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行建模以及模型預(yù)測(cè),在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步與先進(jìn)控制策略相結(jié)合,確保在Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境下的遙操作機(jī)器人系統(tǒng)性能。本文首先全面研究Internet網(wǎng)絡(luò)各種性能參數(shù),尤其是Internet網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)時(shí)延對(duì)遙操作機(jī)器人系統(tǒng)的影響。通過(guò)建立統(tǒng)計(jì)學(xué)與數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上,逐步建立網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的隱馬爾科夫模型和時(shí)延生成模型,對(duì)Internet網(wǎng)絡(luò)時(shí)延進(jìn)行建模分析和預(yù)測(cè),并通過(guò)模型訓(xùn)練驗(yàn)證了得到的時(shí)延模型預(yù)測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性。其次對(duì)遙操作機(jī)器人主從端多自由度機(jī)械手臂和移動(dòng)機(jī)器人兩種機(jī)構(gòu)分別進(jìn)行動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)建模,特別在模型中加入了非線(xiàn)性摩擦部分,使模型更加接近實(shí)際機(jī)器人特性。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)變時(shí)延環(huán)境,利用無(wú)源理論中的時(shí)域無(wú)源控制方法進(jìn)行系統(tǒng)變時(shí)延環(huán)節(jié)無(wú)源穩(wěn)定性控制。對(duì)時(shí)域無(wú)源控制加入了時(shí)延變化率預(yù)估器,提高無(wú)源觀(guān)測(cè)器和無(wú)源控制器精度,仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。波變量法是無(wú)源理論另一重要方法,通過(guò)對(duì)波變換法的基礎(chǔ)上加入基于時(shí)延生成模型的改進(jìn)史密斯控制補(bǔ)償器,在從端形成位移追蹤閉環(huán)控制結(jié)構(gòu),利用時(shí)延前饋補(bǔ)償消除網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下遙操作機(jī)器人通訊環(huán)節(jié)隨機(jī)時(shí)延對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響,仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這種方法的有效性。隨后針對(duì)復(fù)雜的多自由度主從端異構(gòu)機(jī)器人,尤其是從端機(jī)械手臂與移動(dòng)平臺(tái)結(jié)合的機(jī)器人結(jié)構(gòu),基于被控對(duì)象的歐拉-拉格朗日動(dòng)力學(xué)模型,利用李雅普諾夫函數(shù)以及變結(jié)構(gòu)控制方法,對(duì)從端機(jī)器人進(jìn)行分散控制。最后通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)手段,在模擬Internet網(wǎng)絡(luò)變時(shí)延環(huán)境下,實(shí)現(xiàn)了對(duì)遙操作機(jī)器人的可靠控制,結(jié)果表明本文提出的控制方案對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,系統(tǒng)從端的移動(dòng)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地軌跡跟蹤,機(jī)械手臂也可以穩(wěn)定地完成預(yù)定動(dòng)作指令,遙操作機(jī)器人系統(tǒng)具有較好的控制效果。本文所提出的控制領(lǐng)域的解決方案,不僅可以降低Internet網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量不確定性對(duì)遙操作機(jī)器人系統(tǒng)的影響和限制,還可以作為進(jìn)一步開(kāi)展Internet環(huán)境下遙操作機(jī)器人研究的依據(jù),與網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的研究成果互補(bǔ),通過(guò)跨學(xué)科的努力,縮短遙操作機(jī)器人系統(tǒng)與實(shí)用化的距離,為遙操作機(jī)器人技術(shù)提供更加廣闊的應(yīng)用空間。
【圖文】：

圖 1-2 基于 VR 的遙操作機(jī)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1-2 Structure of Teleoperation System Based on VR實(shí)技術(shù)[20]（VR）是用計(jì)算機(jī)虛擬重構(gòu)從端環(huán)境，讓用戶(hù)從多種感覺(jué)上沉浸其中，理論上應(yīng)該為用戶(hù)提供實(shí)時(shí)的、穩(wěn)定作者與環(huán)境的交互，消除操作者與環(huán)境之間的時(shí)延，該技術(shù)一個(gè)發(fā)展方向。VR 技術(shù)最著名的應(yīng)用就是美國(guó)宇航局對(duì)火擬仿真環(huán)境視覺(jué)顯示器（VIVED）項(xiàng)目，利用火星探測(cè)器發(fā)回

華北電力大學(xué)博士學(xué)位論文預(yù)估器預(yù)測(cè)從手狀態(tài)，，使系統(tǒng)在時(shí)延環(huán)境下可以提前發(fā)送 Smith 預(yù)估控制成為廣泛應(yīng)用的遙操作系統(tǒng)時(shí)延控制的控制的局限性在于，只有模型精確時(shí)系統(tǒng)的力反饋是與時(shí)機(jī)器人和環(huán)境模型往往是時(shí)變的。鑒于這種情況，Burde差具有魯棒性的遙操作機(jī)器人預(yù)見(jiàn)控制系統(tǒng)[19]。預(yù)測(cè)顯示技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分別如圖 1-1 和圖 1-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐效農(nóng);宋愛(ài)國(guó);朱澄澄;倪得晶;;基于環(huán)境建模與修正的視覺(jué)/力覺(jué)輔助遙操作系統(tǒng)[J];載人航天;2016年01期

2 張文安;程琪;;基于H_∞控制方法的機(jī)器人遙操作系統(tǒng)同步控制[J];浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2015年06期

3 劉永;鄭鵬;丑武勝;;未知環(huán)境下不確定遙操作系統(tǒng)的自適應(yīng)控制[J];控制工程;2015年06期

4 呂海霞;楊東勇;;移動(dòng)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];科技通報(bào);2014年01期

5 楊艷華;陽(yáng)方平;化建寧;李洪誼;;基于線(xiàn)性矩陣不等式空間遙操作系統(tǒng)的魯棒H_∞控制[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2013年11期

6 王一云;嚴(yán)衛(wèi)生;高劍;黃雨軒;胡斌;;基于滑模變結(jié)構(gòu)控制濾波的水下機(jī)器人水平面軌跡跟蹤控制[J];計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制;2013年02期

7 王佐仁;楊琳;;貝葉斯統(tǒng)計(jì)推斷及其主要進(jìn)展[J];統(tǒng)計(jì)與信息論壇;2012年12期

8 陳丹;席寧;唐旭晟;;基于事件預(yù)測(cè)的遙操作機(jī)器人系統(tǒng)的性能分析[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年09期

9 孫棣華;崔明月;李永福;;具有參數(shù)不確定性的輪式移動(dòng)機(jī)器人自適應(yīng)backstepping控制[J];控制理論與應(yīng)用;2012年09期

10 符秀輝;張鵬;;基于時(shí)延切換的遙操作機(jī)器人控制研究[J];系統(tǒng)工程學(xué)報(bào);2012年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 沈猛;輪式移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航控制與路徑規(guī)劃研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2006年

2 馬賡宇;基于HMM的時(shí)間序列聚類(lèi)與識(shí)別[D];清華大學(xué);2004年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 羅晗;Internet環(huán)境下遙操作機(jī)器人系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華北電力大學(xué);2014年

2 王敏;網(wǎng)絡(luò)遙操作機(jī)器人系統(tǒng)時(shí)延控制方法研究[D];吉林大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2537812