基于CPS的工业机器人运动监测与控制系统研究

发布时间：2021-03-04 05:26

　　CPS（Cyber-Physical Systems,信息物理系统）作为信息空间和物理世界融合的新一代系统,一经提出便吸引了各国政府及学者的研究,CPS在工业发展中的重要作用使其在世界范围内产生重大影响。由于未来工业具有高度自动化和智能化融合的趋势,结合这一趋势进行面向工业机器人的CPS研究,能够实现机器人与人之间更紧密协同的工作,而这一研究也成为实现智能制造的热门内容之一。基于CPS的工业机器人研究就是面向工业机器人实现互联环境下的人-机-物相互感知、理解与融合,而目前的大多数研究尚未提出面向工业机器人的CPS系统的内容。鉴于此,为了在CPS理论下提高工业机器人自身性能以及机器人与人之间的交流与协作,本文主要对基于CPS的工业机器人运动监测与控制系统进行了研究。首先,在研究CPS理论及CPS的技术框架和体系结构的基础上,分析了面向工业机器人的CPS框架。界定了基于CPS的工业机器人运动监测与控制问题内容边界,并在此基础上分析了基于CPS的工业机器人控制体系要素和基于CPS的工业机器人运动监测系统呈现形式。其次,对工业机器人Cyber系统进行构建方法研究。分析了工业机器人Cyber系统... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

研究内容框图

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文12图2-1CPS的五层技术架构（1）CPS技术框架首先包含连接层。连接层运用在物理世界中具备感知功能的终端传感器，对物理世界实体设备和组件获取的所有数据进行准确、实时、可靠地感知和收集。连接层不仅包含数据感知和收集功能，而且可以运用具有控制执行功能的终端设备接口，接收操作人员指导下Cyber空间的控制信息，从而操控机器设备执行操作人员所指导的动作。（2）在获取物理世界信息或操作人员指导Cyber空间的需求下，转换层应运而生。转换层利用具有计算功能的工具或算法对连接层采集的数据进行处理和分析，并将这些数据转化为被控机器可识别、可理解的相关有用信息。（3）CPS技术框架中还包括网络层。网络层基于近年来我国大力发展的网络基础设施及技术，将制造业中独立的单元相互连接，组成大范围、分布式的制造网络，同时收集来自物理世界实体机器或系统上的信息，在网络层上进行数据的交换和共享。（4）在转换层产生机器可识别的数据的基础上，在网络层对大量数据进行串联的背景下，需要认知层对这些数据进行转化。认知层基于数据分析工具和算

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文13法，对网络层的单元信息进行处理和分析。通过具有认知理解功能的智能技术或程序，对网络层上的众多信息进行有序分类和传输，形成针对不同操作对象生成可视化、智能化的信息，辅助操作者或更高层次的智能算法实现自决策。（5）为了使CPS技术框架形成闭环，就需要通过配置层的反馈能力来完成。配置层利用预设规则和设备操作语法规范等控制基础，并在认知层产生的决策的策动下，生成对应的具有专业性的控制指令。配置层将控制指令在预设控制规范的指导下形成能够对物理世界中实体设备和机器组件控制的指令，指令将通过已搭建的其余四个层面传输到物理世界中的实体机器，使其具备自适应、自配置和自调节的能力。2.1.2CPS体系结构CPS是运行在不同位置或环境下的闭环系统，CPS技术框架中各层多不在同一位置，基于技术框架中提及的强大计算能力和网络基础，实现了对于远程物理世界实体的监测和影响，这就形成了完整的CPS体系结构，它是由感知设备、嵌入式计算设备和网络共同组成的复杂系统。典型的CPS体系结构一般由决策层、Cyber层和Physical层所组成[79]，如图2-2所示。CPS体系结构下的决策层实现了在用户参与下的感知和控制系统之间的逻辑决策问题，针对用户需求将现有状态进行决策实现对下一级设备进行控制；而CPS体系结构下的Cyber层则是通过网络传输来连接CPS在不同空间下的各型子系统，将不同物理世界实体系统信息或决策层决策信息通过Cyber层上下传递；CPS体系结构下的Physical层指的是CPS与物理世界的接口，能够实现对物理世界实体设备的感知或控制。图2-2CPS的三层体系结构


本文编号：3062643