機器人遙操作技術的研究.pdf

1、由于互聯(lián)網的通用性、交互性和經濟性，故伴隨著互聯(lián)網的飛速發(fā)展，以互聯(lián)網作為通訊媒介的遙操作技術也正成為機器人領域中的一個重要的前沿課題，受到許多國家的高度重視。目前國外已經在互聯(lián)網上進行了許多異地遙操作的實驗，所有結果均顯示出通過互聯(lián)網進行機器人遙操作在遠程教學、設備共享、遠程醫(yī)療、遠程維修和危險復雜環(huán)境下的裝配作業(yè)等領域有很大的應用前景。 本論文的研究內容來源于國家十五863項目“基于遠程網開放的機器人實驗平臺”和天津市自然科

2、學基金項目“基于遠程網開放的機器人遙操作作業(yè)模式的研究”，是其中理論和實踐的重要組成部分。本論文經過研究和查閱國內外大量文獻，針對當前遙操作中出現(xiàn)的問題和不足，在基于互聯(lián)網的機器人遙操作軟件組織體系結構、時變時延下雙邊控制技術、增強現(xiàn)實技術、機器人遙操作精密裝配技術以及機器人作業(yè)模式等方面作了較為深入的研究。 論文首先對于諸如基于網絡的機器人遙操作系統(tǒng)的組織體系結構和控制策略這些對于操作者透明的底層技術進行了深入的分析和探討。在

3、認真分析國內外已有的基于網絡遙操作機器人平臺的基礎上，從分布式系統(tǒng)組織的角度出發(fā)，給出了幾種可行的遙操作機器人系統(tǒng)的組織體系結構并分析其各自特點，并通過實驗對各種結構的效率問題進行分析比較，從而對如何選擇遙操作機器人系統(tǒng)組織體系結構問題進行了深入地探討；借助于無源理論與波積分方法，分析研究了主從式機器人遙操作的動態(tài)模型，得到了使系統(tǒng)在時延情況下達到穩(wěn)定性的條件，然后根據這些條件實現(xiàn)了系統(tǒng)在時變實驗情況下的位置控制策略。為了實現(xiàn)遙控作業(yè)的

4、理想性能，通過將通訊環(huán)節(jié)重構，給出了一個基于波積分的位置控制策略，并用Lyapnov方法對其在時變時延情況下的穩(wěn)定性給予了證明。 為了提高遙操作者的臨場感和控制的靈活度，本文引入了一種基于虛擬力勢場的增強現(xiàn)實技術。此技術是構建在基于幾何方法的機器人標定技術和基于圓柱包絡的碰撞檢測技術的基礎上的。由于本文所設計的機器人標定算法和碰撞檢測算法采用廉價的設備和簡單算法，使得其能夠有效地提高機器人遙操作系統(tǒng)的安全性，增強操作者的臨場感，

5、便于操作者進行控制。 增強機器人遙操作的作業(yè)能力是機器人遙操作研究中的一個重要努力方向，而如何使人更好地參與到機器人作業(yè)控制過程中，也是一個重要的問題。針對結構化環(huán)境和非結構化環(huán)境遙操作精密裝配問題，本文分別設計了兩種基于視覺的控制方法，并通過圖形圖像疊加等方法，加入了有效的人工輔助措施，很好地利用了人的智能，增強了精密作業(yè)系統(tǒng)的魯棒性和可實現(xiàn)性，并最終實現(xiàn)了遙操作精密裝配。 最后，本文針對軍事、反恐等領域機器人遙操作特