无线远程协作控制研究及其系统平台实现

论文摘要

随着无线网络技术以及远程控制技术的不断发展,基于网络的协作控制技术已成为一个热门研究和应用领域。本文首先研究了无线远程控制技术及其实现方法,选择了适用于本课题所设计的机器人远程控制系统的相关技术。其次研究了多机器人系统及多机器人协作控制理论,介绍了多机器人的三种协作关系和多机器人系统的设计方法及其流程,并重点研究了一种面向机器人协作系统的分层式控制体系结构。随后研究了一种具体的协作控制问题——基于行为的机器人编队控制,介绍了多机器人编队的基本队形和队形控制方法,以及一种基于行为的多机器人编队控制综合算法。在理论研究的基础上,以两台P3-DX移动机器人为控制对象,建立了一套机器人无线远程控制系统:在实验室内搭建了无线局域网,总体设计了机器人远程控制系统的硬件和软件结构,最后在开发库CyLib的基础上,实现了整套软件系统。经过测试,本课题所开发的机器人无线远程控制系统可以分别对两台机器人操作,也可以控制两台机器人同时协作工作。该系统界面友好、操作容易、易于扩展、理论验证方便,是研究远程控制的良好平台,并可以作为远程控制课程的教学平台。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 远程控制技术研究现状
• 1.2.2 多机器人技术研究现状
• 1.2.3 机器人远程控制研究现状
• 1.3 研究意义
• 1.4 主要研究内容
• 第二章 无线远程控制技术及实现方法
• 2.1 无线网络技术
• 2.1.1 无线网络的分类
• 2.1.2 无线网络的优点与技术要求
• 2.2 远程控制技术
• 2.2.1 远程控制基本模型
• 2.2.2 远程控制性能因素
• 2.2.3 机器人远程控制模式
• 2.3 适于远程控制的软件模型
• 2.3.1 客户/服务器模型
• 2.3.2 浏览器/服务器模型
• 2.3.3 分析比较
• 2.4 TCP/IP 协议
• 2.4.1 OSI 参考模型与TCP/IP 协议
• 2.4.2 TCP/IP 协议与应用程序的关系
• 2.5 套接字编程技术
• 2.5.1 套接字类型
• 2.5.2 套接字模式
• 2.5.3 套接字I/O 模型
• 2.6 本章小结
• 第三章 多机器人协作控制系统
• 3.1 多机器人系统
• 3.1.1 多机器人系统特点
• 3.1.2 多机器人系统存在的问题
• 3.2 多机器人协调协作
• 3.2.1 多机器人协调协作的层次
• 3.2.2 隐含协作关系
• 3.2.3 异步协作关系
• 3.2.4 同步协作关系
• 3.3 多机器人系统的设计
• 3.3.1 设计方法及其流程
• 3.3.2 需要考虑的因素
• 3.4 面向多机器人协作系统的分层式控制体系结构
• 3.4.1 多机器人系统体系结构
• 3.4.2 面向多机器人协作系统的分层式控制体系结构设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于行为的机器人编队控制
• 4.1 机器人编队控制的意义及发展现状
• 4.2 多机器人编队的基本队形
• 4.3 多机器人队形控制方法
• 4.3.1 产生式方法
• 4.3.2 跟随领航者法
• 4.3.3 基于行为法
• 4.3.4 虚拟结构法
• 4.3.5 动态死区法
• 4.4 基于行为的多机器人编队控制综合算法
• 4.4.1 机器人的运动模型与行为分解
• 4.4.2 编队控制算法结构
• 4.4.3 各子行为的控制实现
• 4.4.4 综合控制变量求解
• 4.5 本章小节
• 第五章 多机器人无线远程协作控制系统设计
• 5.1 系统硬件结构
• 5.1.1 P3-DX 移动机器人
• 5.1.2 硬件结构
• 5.2 系统软件结构设计
• 5.2.1 系统结构设计
• 5.2.2 基本结构
• 5.2.3 远程控制端
• 5.2.4 现场控制端
• 5.3 本章小结
• 第六章 机器人无线远程控制系统软件实现
• 6.1 引言
• 6.2 软件系统实现
• 6.2.1 基本组成
• 6.2.2 现场控制端程序
• 6.2.3 远程控制端程序
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文
• 附录A 数据包协议
• 附录B 开发库CYLIB