基于WEB的机器人遥操作及其运动仿真的研究

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随着机器人技术的飞速发展,机器人技术除了在工业、军事上应用,也开始被广泛应用在人类的日常生活中。如何更加方便、快捷、廉价的控制机器人,就成为机器人技术的一个突出问题。当今因特网已成为与人类生活密切相关的信息平台,将它加入到机器人的研究和开发中已成为解决该问题的捷径。基于Web的机器人遥操作允许人们通过WEB终端对其进行控制和监视,具有通信线路价格低廉、可移植性和互用性良好等优点,但同时也对机器人控制提出了一些新问题和研究内容。 本文首先分析了机器人遥操作的特点,以及基于Web的网络通讯方式给遥操作系统带来的影响,提出了基于Web的机器人遥操作系统需要具备的几个主要功能,并结合遥操作预测/预显示控制策略,设计了基于B/S的三层系统结构模型。 接着,以三自由度机器人为例,分析了它的结构特点,对其进行了运动学建模,给出了正、逆运动学计算公式;针对远程控制的要求和特点,采用“PC+PMAC+伺服系统”的方式对其进行运动控制:研究了PMAC卡的运行参数并进行了优化设置;编写了“PMAC运动程序”,结合C#调用PMAC功能函数库,实现了对机器人的编程控制。 远程控制方面,以遥操作系统可靠性及位置精确性为性能指标,针对本系统提出并实验了一些可行性方案,对DCOM技术和.NET Remoting技术方案做了重点分析与比较,最终实现了以.NET Remoting技术为网络基础的机器人远程控制. 虚拟仿真方面,提出了机器人虚拟仿真系统结构,结合VRML三维建模技术进行了运动仿真,并有效的解决了控制环节与仿真环节的信息交互问题,实现了机器人遥操作的预测、预显示和闭环补偿控制。 然后,在分析了几种常用的路径规划策略各自的特点的基础上,以基于栅格的蚁群算法为理论基础,以路径最短为路径优化目标,对机器人手臂端部在二维平面内的避障路径搜索进行了研究,设计、开发了基本算法,并进行了编程实验。 最后,完成了机器人遥操作网站的建设,以三自由度机器人为控制对象,对其实施了遥操作;实验表明本系统基本解决了基于WEB遥操作机器人的可靠性及位置精确性问题,并具有机器人遥操作的临场感特点。
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