發(fā)布時(shí)間：2021-03-04 05:26

　　CPS（Cyber-Physical Systems,信息物理系統(tǒng)）作為信息空間和物理世界融合的新一代系統(tǒng),一經(jīng)提出便吸引了各國(guó)政府及學(xué)者的研究,CPS在工業(yè)發(fā)展中的重要作用使其在世界范圍內(nèi)產(chǎn)生重大影響。由于未來(lái)工業(yè)具有高度自動(dòng)化和智能化融合的趨勢(shì),結(jié)合這一趨勢(shì)進(jìn)行面向工業(yè)機(jī)器人的CPS研究,能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人與人之間更緊密協(xié)同的工作,而這一研究也成為實(shí)現(xiàn)智能制造的熱門(mén)內(nèi)容之一�；贑PS的工業(yè)機(jī)器人研究就是面向工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)互聯(lián)環(huán)境下的人-機(jī)-物相互感知、理解與融合,而目前的大多數(shù)研究尚未提出面向工業(yè)機(jī)器人的CPS系統(tǒng)的內(nèi)容。鑒于此,為了在CPS理論下提高工業(yè)機(jī)器人自身性能以及機(jī)器人與人之間的交流與協(xié)作,本文主要對(duì)基于CPS的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。首先,在研究CPS理論及CPS的技術(shù)框架和體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,分析了面向工業(yè)機(jī)器人的CPS框架。界定了基于CPS的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制問(wèn)題內(nèi)容邊界,并在此基礎(chǔ)上分析了基于CPS的工業(yè)機(jī)器人控制體系要素和基于CPS的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)呈現(xiàn)形式。其次,對(duì)工業(yè)機(jī)器人Cyber系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建方法研究。分析了工業(yè)機(jī)器人Cyber系統(tǒng)... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：78 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

研究?jī)?nèi)容框圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文12圖2-1CPS的五層技術(shù)架構(gòu)（1）CPS技術(shù)框架首先包含連接層。連接層運(yùn)用在物理世界中具備感知功能的終端傳感器，對(duì)物理世界實(shí)體設(shè)備和組件獲取的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、可靠地感知和收集。連接層不僅包含數(shù)據(jù)感知和收集功能，而且可以運(yùn)用具有控制執(zhí)行功能的終端設(shè)備接口，接收操作人員指導(dǎo)下Cyber空間的控制信息，從而操控機(jī)器設(shè)備執(zhí)行操作人員所指導(dǎo)的動(dòng)作。（2）在獲取物理世界信息或操作人員指導(dǎo)Cyber空間的需求下，轉(zhuǎn)換層應(yīng)運(yùn)而生。轉(zhuǎn)換層利用具有計(jì)算功能的工具或算法對(duì)連接層采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為被控機(jī)器可識(shí)別、可理解的相關(guān)有用信息。（3）CPS技術(shù)框架中還包括網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層基于近年來(lái)我國(guó)大力發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施及技術(shù)，將制造業(yè)中獨(dú)立的單元相互連接，組成大范圍、分布式的制造網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)收集來(lái)自物理世界實(shí)體機(jī)器或系統(tǒng)上的信息，在網(wǎng)絡(luò)層上進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和共享。（4）在轉(zhuǎn)換層產(chǎn)生機(jī)器可識(shí)別的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，在網(wǎng)絡(luò)層對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行串聯(lián)的背景下，需要認(rèn)知層對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。認(rèn)知層基于數(shù)據(jù)分析工具和算

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文13法，對(duì)網(wǎng)絡(luò)層的單元信息進(jìn)行處理和分析。通過(guò)具有認(rèn)知理解功能的智能技術(shù)或程序，對(duì)網(wǎng)絡(luò)層上的眾多信息進(jìn)行有序分類(lèi)和傳輸，形成針對(duì)不同操作對(duì)象生成可視化、智能化的信息，輔助操作者或更高層次的智能算法實(shí)現(xiàn)自決策。（5）為了使CPS技術(shù)框架形成閉環(huán)，就需要通過(guò)配置層的反饋能力來(lái)完成。配置層利用預(yù)設(shè)規(guī)則和設(shè)備操作語(yǔ)法規(guī)范等控制基礎(chǔ)，并在認(rèn)知層產(chǎn)生的決策的策動(dòng)下，生成對(duì)應(yīng)的具有專(zhuān)業(yè)性的控制指令。配置層將控制指令在預(yù)設(shè)控制規(guī)范的指導(dǎo)下形成能夠?qū)ξ锢硎澜缰袑?shí)體設(shè)備和機(jī)器組件控制的指令，指令將通過(guò)已搭建的其余四個(gè)層面?zhèn)鬏數(shù)轿锢硎澜缰械膶?shí)體機(jī)器，使其具備自適應(yīng)、自配置和自調(diào)節(jié)的能力。2.1.2CPS體系結(jié)構(gòu)CPS是運(yùn)行在不同位置或環(huán)境下的閉環(huán)系統(tǒng)，CPS技術(shù)框架中各層多不在同一位置，基于技術(shù)框架中提及的強(qiáng)大計(jì)算能力和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于遠(yuǎn)程物理世界實(shí)體的監(jiān)測(cè)和影響，這就形成了完整的CPS體系結(jié)構(gòu)，它是由感知設(shè)備、嵌入式計(jì)算設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)共同組成的復(fù)雜系統(tǒng)。典型的CPS體系結(jié)構(gòu)一般由決策層、Cyber層和Physical層所組成[79]，如圖2-2所示。CPS體系結(jié)構(gòu)下的決策層實(shí)現(xiàn)了在用戶參與下的感知和控制系統(tǒng)之間的邏輯決策問(wèn)題，針對(duì)用戶需求將現(xiàn)有狀態(tài)進(jìn)行決策實(shí)現(xiàn)對(duì)下一級(jí)設(shè)備進(jìn)行控制；而CPS體系結(jié)構(gòu)下的Cyber層則是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸來(lái)連接CPS在不同空間下的各型子系統(tǒng)，將不同物理世界實(shí)體系統(tǒng)信息或決策層決策信息通過(guò)Cyber層上下傳遞；CPS體系結(jié)構(gòu)下的Physical層指的是CPS與物理世界的接口，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物理世界實(shí)體設(shè)備的感知或控制。圖2-2CPS的三層體系結(jié)構(gòu)


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