基于网络的机器人遥操作研究

信息技术与机器人遥操作技术相融合，产生了基于网络的机器人遥操作技术，它是遥科学发展的最新成果，是遥操作技术发展的新方向，对闭环网络控制系统的研究也有借鉴意义。基于网络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分布式控制的特点，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。本文围绕在网络环境下进行机器人遥操作时所面临的网络时延特性分析、控制系统性能与网络状态的关系、稳定性控制等问题开展研究，并探索所涉及的具有普遍意义的理论与技术问题，主要进行了以下五项有价值和有创造性的工作：(1) 基于网络的机器人遥操作系统体系结构研究。针对网络遥操作对系统开放性、扩展性、独立性等方面的要求，提出以客户／服务器模式构造网络机器人遥操作系统的思想，研究了系统单元体系结构和功能模块。(2) 网络数据传输特性的测试、分析和时延预测研究。通过一系列网络传输时延的测试，分析了当前我国Internet时延特性，并与国内外相关研究进行了对比分析。提出了两种网络时延预测方法并进行了验证和分析。(3) 研究了网络服务质量QoS在网络遥操作中的应用。提出了以QoS把控制器的设计、调节和网络实时状态联系在一起的自适应遥操作策略，研究了网络遥操作中的QoS描述、QoS映射、QoS保障和QoS应用问题。(4) 基于Internet的机器人遥操作系统的设计和实现。建立了一套以力反馈游戏杆实时控制远端全方位移动机器人的实验系统。(5) 实验研究。使用上述系统进行了Internet条件下机器人遥操作实验，实验内容包括遥操作中的信息交互、位置反馈控制等。这五项工作之间的关联在于：客户／服务器体系结构是建立网络遥操作系统的指导思想；通过网络时延测试和预测认识了网络数据传输规律；以QoS将遥操作系统的稳定性分析、网络实时状态动态联系在一起；仿真实验和移动机器人遥操作实验表明本文提出的系统体系结构和方法以及所设计实现的控制器软件系统是有效而且可用的。