基于力反馈的移动机器人遥操作系统设计与研究

论文摘要

随着计算机网络技术和机器人技术的快速发展和应用,结合了这两种技术的基于计算机网络的机器人遥操作系统得到了科研人员的重视。相信在不远的未来,基于计算机网络的机器人会得到广泛应用。本文针对基于计算机网络的移动机器人进行了研究,并设计实现了基于力反馈的移动机器人遥操作系统。本文首先总结了当前机器人遥操作系统发展情况及涉及的技术。在总结对比了针对时延问题的几种比较成熟的控制方法后,本文选择了比较符合本系统要求的基于事件的控制方法。在选择了控制方法后,本文设计了遥操作系统的硬件平台,包括：从端机器人控制器、力反馈控制器、超声波测距模块、机器人运动控制板、双目视觉模块、网络通信模块及串口通信。双目视觉可以利用人工路标给系统提供全局坐标系下的位置信息,本文通过机器人自定位实验验证了双目视觉模块实现机器人的全局定位的可行性。针对移动机器人行走过程中的避障需求,本文提出了新的避障方法——基于避障向量的方法,并通过机器人避障实验验证了这种方法的有效性。本文的最后,根据基于事件控制方法的控制思想选择了非时间参考量——命令序列并设计了规划器,然后根据基于事件控制方法的基本思想设计编写了机器人遥操作系统主从端控制程序,并通过机器人直线行走实验和机器人避障实验验证了基于事件的控制方法在处理有时延的基于网络的移动机器人遥操作系统方面的稳定性和可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 遥操作机器人概述及研究意义
• 1.1.1 遥操作机器人概述
• 1.1.2 遥操作机器人研究意义
• 1.2 遥操作系统发展现状和问题
• 1.2.1 遥科学概念
• 1.2.2 遥操作技术发展概况
• 1.2.3 存在的问题
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 针对网络时延的控制方法
• 2.1 时延对控制系统影响
• 2.2 针对时延的控制方法
• 2.2.1 监督控制
• 2.2.2 预测显示控制
• 2.2.3 基于事件控制
• 2.2.4 无源控制
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于力反馈的遥操作机器人系统设计及构成
• 3.1 系统硬件体系结构
• 3.2 机器人本体
• 3.3 从端机器人控制器
• 3.4 力反馈模块介绍
• 3.4.1 力反馈控制器介绍
• 3.4.2 超声波模块介绍
• 3.5 机器人运动控制板介绍
• 3.5.1 STM32F103RB芯片
• 3.5.2 电机驱动模块
• 3.5.3 位置反馈信号处理
• 3.5.4 串口通信模块
• 3.6 双目视觉设备构成
• 3.7 网络通信模块介绍
• 3.8 本章小结
• 第4章 双目视觉原理及机器人定位
• 4.1 摄像头标定
• 4.1.1 摄像机标定方法介绍
• 4.1.2 标定工具箱介绍
• 4.1.3 标定实验结果
• 4.2 双目立体视觉
• 4.2.1 双目立体视觉原理
• 4.2.2 双目立体视觉实验
• 4.3 人工路标选择
• 4.4 人工路标识别原理及实现
• 4.5 机器人定位
• 4.5.1 全局坐标系设定
• 4.5.2 定位实验
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于避障向量的力反馈
• 5.1 移动机器人避障方法介绍
• 5.1.1 传统避障方法
• 5.1.2 智能避障方法
• 5.2 避障向量原理
• 5.3 基于避障向量的避障实现
• 5.4 避障实验
• 5.5 本章小结
• 第6章 基于事件控制的遥操作控制方法
• 6.1 基于事件的控制方法
• 6.1.1 基于事件的控制
• 6.1.2 基于事件的控制在网络遥操作中的应用
• 6.1.3 基于事件控制的应用
• 6.2 基于事件的控制系统
• 6.3 实验和结论
• 6.3.1 直线行走实验
• 6.3.2 避障实验
• 6.4 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢