基于无线通信网络的遥操作工程机器人系统控制策略研究

【摘要】基于Internet的遥操作工程机器人系统是指由操作者通过计算机网络操纵的在人类难以接近的环境下作业的工程机械。研发基于无线通信网络的遥操作工程机器人系统能够实现遥操作系统完全的移动操作,大大提升系统的灵活性,并降低维护成本,具有重大的工程实际意义。但由于无线通信网络不可避免地存在网络时延,且相比于有线网络的时延更大更具时变性,因此会影响遥操作系统的稳定性和操作性能。为此,本文对无线通信网络环境下的遥操作工程机器人系统的稳定性和操作性能进行了研究。本文主要研究内容如下：1.研究了遥操作工程机器人系统软件的实现方法,包括无线通信协议的分析与选择、客户端／服务器模型、套接字编程技术以及基于MFC的多线程编程技术等。2.设计了遥操作工程机器人的硬件和软件系统。其中,硬件系统的设计包括系统总体结构的设计、无线通信网络的设计以及远程操作端子系统和现场控制端子系统的设计。软件系统的设计包括广域网模拟器的引入、客户端控制软件和现场端控制软件的设计。3.设计了基于参数模型的增益调度控制结构和算法；利用该方法对PID控制器输出乘以适当的增益,并依据网络时延动态调整该增益：实验研究了增益调度控制方法的控制特性。4.设计了基于非参数模型的模糊控制结构和算法；利用PID参数调节规律和实验经验得到的模糊控制规则对PID的输出参数进行实时整定；实验研究了模糊控制方法的控制特性。5.设计了基于非参数模型的模糊神经网络控制结构和算法；利用模糊控制知识表达能力和神经网络自学习能力在线调整输出以适应环境的变化；实验研究了模糊神经网络控制方法的控制特性。研究结果表明,基于参数模型的增益调度控制在网络时延较小时,表现出了优于常规PID控制的控制效果。但当网络时延增加到一定值时,由于该方法自身存在的局限性以及实验系统难易获取精确参数模型的原因,增益调度控制失去了原有的控制效果。而基于非参数模型的模糊控制与模糊神经网络控制,因其控制机制的智能性,无需建立系统的参数模型,在网络时延较大时仍能表现出较常规PID控制更好的控制效果。特别是模糊神经网络控制,进一步改善了模糊控制的控制效果,具有对网络时延更好的适应性和鲁棒性。本文的研究成果对提高无线通信网络环境下的遥操作工程机器人系统的稳定性和操作性能具有指导意义。
【作者】田果；
【导师】李笑；
【作者基本信息】广东工业大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】遥操作；工程机器人；无线通信网络；增益调度；模糊神经网络；

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