基于无线网络的遥操作工程机器人运动提示方法研究

发布时间：2017-04-11 03:01

  本文关键词：基于无线网络的遥操作工程机器人运动提示方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：为实现在无线网络环境下遥操作工程机器人的运动临场感,设计了一种基于无线网络的遥操作工程机器人运动提示系统。给出了构成该系统的三自由度运动提示平台、液压系统、无线通信系统和测控系统的组成及原理,并对运动提示方法、平台运动学及其跟随特性进行了理论分析和实验研究。由于无线网络存在无线网络时延且具有时变性,影响遥操作工程机器人运动提示系统的精度和稳定性,本文采用模糊PID、模糊神经网络控制算法在无线网络环境下对遥操作工程机器人运动提示系统的精度和稳定性进行了研究。本文主要工作如下：1.研究了遥操作工程机器人运动提示的实现方法,给出了运动提示平台的工作原理,确定了运动提示系统的整体方案。2.设计了遥操作工程机器人运动提示系统的硬件和软件系统。硬件系统的设计主要包括传感器、数据采集卡、模拟输出卡型号的选择及硬件接线。软件系统的设计包括服务器控制软件和客户端控制软件的设计。3.提出了一种常规PID控制算法,利用服务器控制软件和客户端控制软件对无线网络环境下遥操作工程机器人运动提示平台进行了运动模拟,并实验研究了遥操作工程机器人运动提示平台的跟随特性。4.为提高基于无线网络的遥操作工程机器人运动提示系统的控制精度,采用了模糊PID、模糊神经网络控制算法对运动提示平台进行运动控制,并实验研究了遥操作工程机器人运动提示平台的跟随特性。5.针对无线网络环境下无线网络时延具有时变性,影响遥操作工程机器人运动提示系统精度,采用一种广域网模拟器模拟不同的无线网络时延,并实验研究了系统在不同无线网络时延下常规PID、模糊PID及模糊神经网络的控制效果。研究结果表明：基于无线网络的遥操作工程机器人运动提示平台跟随精度可满足工程要求,采用模糊神经网络控制算法较常规PID和模糊PID控制算法具有更好的控制效果,提高了系统控制精度,对无线网络时延具有更好的稳定性和适应性。研究结果可为无线网络环境下具有临场感的遥操作工程机器人系统的开发提供借鉴指导。
【关键词】：工程机器人 遥操作 运动提示 无线网络 神经网络
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 课题来源13
• 1.2 课题研究背景及意义13-15
• 1.2.1 研究背景13-14
• 1.2.2 研究意义14-15
• 1.3 国内外研究现状分析15-19
• 1.3.1 临场感技术15
• 1.3.2 远程遥控技术15-16
• 1.3.3 基于无线网络的遥操作工程机器人运动提示方法研究现状16-19
• 1.4 本文主要研究内容19-21
• 第二章 遥操作工程机器人运动提示系统设计21-35
• 2.1 系统整体方案设计21-22
• 2.2 运动提示平台22-23
• 2.3 液压系统23-24
• 2.4 无线通信系统24-31
• 2.4.1 无线通信系统软件设计24-30
• 2.4.2 无线通信系统硬件设计30-31
• 2.5 测控系统31-34
• 2.5.1 加速度传感器选型32-33
• 2.5.2 位移传感器选型33
• 2.5.3 采集/输出卡选型33-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 遥操作工程机器人运动提示方法实现35-53
• 3.1 TOCR三自由度运动提示35
• 3.2 运动信号检测与倾角解算35-38
• 3.3 平台运动学建模38-43
• 3.3.1 运动学逆解38-42
• 3.3.2 运动学正解42-43
• 3.4 控制器设计43-44
• 3.5 软件设计44-49
• 3.5.1 服务器控制软件45-47
• 3.5.2 客户端控制软件47-49
• 3.6 实验研究49-51
• 3.7 本章小结51-53
• 第四章 遥操作工程机器人运动提示系统的FPID控制53-65
• 4.1 模糊控制基本原理53-58
• 4.1.1 模糊控制器结构54
• 4.1.2 模糊化54-56
• 4.1.3 模糊规则设计56
• 4.1.4 模糊推理机56-57
• 4.1.5 解模糊化57-58
• 4.2 模糊控制与PID控制结合58-59
• 4.3 TOCR运动提示系统的FPID控制59-61
• 4.3.1 TOCR运动提示系统的FPID控制结构59
• 4.3.2 TOCR运动提示系统的FPID控制算法59-61
• 4.4 TOCR运动提示系统的FPID控制特性实验研究61-63
• 4.5 本章小结63-65
• 第五章 遥操作工程机器人运动提示系统的FNN控制65-75
• 5.1 FNN基本原理65-67
• 5.1.1 模糊控制与神经网络结合65-66
• 5.1.2 FNN结构66-67
• 5.1.3 FNN监督控制67
• 5.2 TOCR运动提示系统的FNN控制67-70
• 5.2.1 TOCR运动提示系统的FNN控制结构67-68
• 5.2.2 TOCR运动提示系统的FNN控制算法68-70
• 5.3 TOCR运动提示系统的FNN控制特性实验研究70-73
• 5.4 本章小结73-75
• 第六章 遥操作工程机器人运动提示系统模拟实验研究75-85
• 6.1 广域网环境的建立75-78
• 6.1.1 模拟时延软件的引入75-76
• 6.1.2 WANem配置76-78
• 6.2 TOCR运动提示系统跟随特性模拟实验研究78-84
• 6.3 本章小结84-85
• 总结与展望85-87
• 一 总结85-86
• 二 展望86-87
• 参考文献87-93
• 攻读硕士学位期间发表的论文93-97
• 致谢97

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