基于移动通信网的移动机器人遥操作系统

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基于Internet的遥操作机器人前景光明,但是现阶段基于Internet的遥操作机器人大部分处于科研阶段,应用到实际中的很少。Internet的接入大部分采用双绞线接入或无线局域网接入的方式,存在控制范围有限、接入价格高等缺点;控制器大多采用工控机、PC机或笔记本等来设计,存在耗电量大、体积大、控制器集成度低等缺点。这些缺点限制了基于Internet的遥操作控制在移动机器人领域的发展。本论文将当今飞速发展的移动通信网引入到机器人遥操作控制系统中,来克服上述缺点。本论文在分析移动通信网的网络性能基础上,对基于移动通信网络的机器人遥操作系统进行了理论的研究和实验验证,设计一种功能强大、耗电低、遥控范围广泛的遥操作移动机器人系统。这种遥操作控制系统能够充分利用移动通信网高覆盖率的优势,提供随时随地的用户接入和控制功能。本论文首先针对遥操作系统的需求对移动通信网络进行测试,并建立网络传输模型,在分析移动通信网络时延对遥操作控制系统影响的基础上,采用基于事件的遥操作控制策略建立了系统遥操作控制和网络传输模型。本论文采用基于事件的遥操作控制策略,这种控制方式对遥操作控制的实时性和流畅性有着较大的影响。为了减少这种影响,论文引入基于局部路径规划的监督学习控制和基于全局路径规划的预测显示控制来减小这种影响。本论文详细介绍了采用遗传算法(GA)完成全局路径规划和采用矢量场矩形法(VFH)完成局部路径规划的方法,然后根据路径规划的特点对遗传算法的编码方式、适用度函数以及关键遗传算子进行改进。接着本论文详细介绍了一个遥操作控制和传输系统的实现过程。主要包括系统硬件实现、网络控制系统实现、流媒体传输实现和客户端控制软件系统的实现。文章最后对基于移动通信网的遥操作系统进行了测试和仿真。测试结果表明,本文设计的遥操作控制系统能够流畅的完成机器人的远程控制;对全局路径规划和局部路径规划的仿真实验表明,采用路径规划算法能够很好的解决基于事件的遥操作可能引发的运动不连贯的问题。整个遥操作系统具有开放的结构,易于根据不同的需求进行扩展,因而本论文的研究内容具有重要的实际应用价值。
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