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随着机器人技术的发展,使用机器人代替人类进行深海作业、清理核废物、进行地下矿物挖掘,乃至太空作业逐渐成为现实。然而,在目前的机器人技术水平下,要实现机器人在这些环境下完全自主地工作仍然有很大的困难,因此,必须由远离作业现场的操作人员控制机器人去完成特定的任务。这就需要研究并实现一个遥操作信息处理系统来协调操作人员和远端机器人之间的工作,以确保远端机器人可以按照人们的意志来完成任务。本文设计实现了一个机器人遥操作信息处理系统,并根据遥操作的特点,实现了一个多线程调度算法来提高关键信息处理任务的实时性能,使操作人员能够安全有效地对机器人进行控制。
本文首先介绍了机器人遥操作信息处理系统的国内外研究现状,以及主要的任务调度算法及其研究现状;接着介绍了Java多线程的运行机制及其调度技术,并对本文用来分析多线程调度的随机过程理论和Petri网技术作了介绍。
在充分调研的基础上,本文给出了机器人遥操作信息处理系统的总体结构,设计并实现了信息传输、信息编解码、指令检查和信息存储等四个关键功能模块,并详细阐述了信息处理的多线程实现及其调度算法的设计。
为保证采用多线程调度算法后的机器人遥操作信息处理系统能够安全可靠地运行,本文使用Petri网对其进行建模,分析了多线程调度算法中可能引起死锁的情形,并据此改进了多线程调度算法。
提高遥操作关键信息处理任务的实时性能是设计多线程调度算法的本来目的,本文通过Petri网模型对各种信息的等待处理时间进行分析,得到各种信息处理任务的实时性能信息,论证了多线程调度算法的有效性,并指出了如何对低优先级的任务实行分段控制以保障高优先级任务的实时性能。
最后,本文通过实验测试了机器人遥操作信息处理系统处理各种信息的时间,进一步验证了多线程调度算法。