基于广域网的遥操作工程机器人神经网络控制

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基于Internet的遥操作机器人系统的控制与仿真.

武汉理工大学
硕士学位论文
基于Internet的遥操作机器人系统的控制与仿真
姓名：桂芳
申请学位级别：硕士
专业：控制理论与控制工程
指导教师：全书海
20060401
武汉理工大学硕士学位论文
２．３．２测试过程
在校园网内的两台计算机上进行通讯，测试校园网的传输时延情况。

首先将其中一台计算机作为服务器端，并在此主机上运行基于ＴＣＰ协议的服务器端程序；另一台计算机作为客户端程序，运行基于ＴＣＰ协议的客户端程序。

然后，在客户端程序窗体上输入服务器端的地址发出连接请求，服务器端发现连接请求时程序窗体上会立刻显示对方的地址，这时服务器端接收请求。

两端连接建立，客户端即可向服务器端发送数据。

基于ＵＤＰ的时延测试过程也大致相同，分别在两端主机上运行两端程序，对方相应的地址和端口已在程序中设置好了，无需发送连接请求即可通讯。

在不同时段，发送不同大小的数据包，发送频率均为１０ｍｓ一次，发送次数２０００次．在数据包中设置数据序号，用来判定是否丢包。

并在程序中将时延数据保存，用ＶＢ绘图函数作出时延数据图以供分析。

作为客户端使用的测试程序界面如图２．５所示：
ａ）ｏｏｅ时延测试界面ｂ）ＴＣＰ时延测试界面
图２．５时延测试界面
在网络负载较轻时段，选择发送数据长度为１００个字节，采用ＵＤＰ和ＴＣＰ测试的时延结果如图２－６所示。

采用ＵＤＰ测试的最大时延为４ｍｓ，平均时延为１．０８２ｍｓ；采用ＴＣＰ测试的最大时延为５ｍｓ，平均时延为２．０２６ｍｓ。

神经网络在机器人控制中的应用

神经网络在机器人控制中的应用神经网络是一种模仿人类大脑神经元网络而设计的人工神经元网络系统。

它的应用涵盖了许多领域，包括机器人控制。

随着科技的不断进步，神经网络在机器人控制中的应用也越来越广泛。

本文将介绍神经网络在机器人控制中的应用，并探讨其在未来的发展前景。

神经网络在机器人控制中的应用可以说是非常广泛的。

通过将神经网络应用到机器人控制中，可以提高机器人的智能化水平，使其能够更好地感知环境、做出反应，并完成各种任务。

在工业领域，神经网络可以用于控制机器人完成自动化生产线上的各种操作，提高生产效率和产品质量。

在军事领域，神经网络可以用于控制无人作战飞机、地面车辆等，执行各种特定任务。

在医疗领域，神经网络可以应用于机器人辅助手术系统中，提高手术精确度和安全性。

在日常生活中，神经网络还可以应用于智能家居中，控制各种家庭机器人完成家务等。

要实现神经网络在机器人控制中的应用，首先需要对神经网络进行训练。

机器人通过神经网络获得环境信息，然后做出相应的反应。

神经网络的训练是一个非常重要的过程，它直接决定了机器人控制的效果。

在训练神经网络时，需要给它提供大量丰富的训练数据，使其能够学习到各种环境下的反应规律。

还需要对神经网络进行不断地调优和改进，以提高机器人控制的稳定性和准确性。

现有的神经网络在机器人控制中的应用主要有两种类型：一种是基于传统的神经网络算法，如BP神经网络、CNN等；另一种是基于深度学习的神经网络算法，如深度神经网络、循环神经网络等。

传统的神经网络算法在机器人控制中的应用主要是针对简单的环境和任务，其优势在于算法简单、易于实现，但对于复杂的环境和任务往往表现不佳。

深度学习的神经网络算法则可以处理更为复杂的环境和任务，其优势在于可以通过大量数据进行训练，学习到更为复杂的规律，因此在机器人控制中的应用具有更大的潜力。

随着人工智能技术的不断发展，神经网络在机器人控制中的应用也在不断地取得新突破。

未来，随着神经网络技术的进一步发展，我们可以预见到以下几个方面的发展趋势。

一种基于Internet的遥操作机器人系统_Telerobot

一种基于Internet的遥操作机器人系统 T elerobot赵明国,赵杰,崔泽,蔡鹤皋(哈尔滨工业大学机器人研究所,黑龙江哈尔滨150001)摘要:随着Internet的广泛应用和遥操作技术的发展,通过Internet控制异地的硬件设备已成为可能.采用由Internet服务器和机器人服务器构成的两层服务器结构建立了一个基于Internet的遥操作机器人系统.该系统允许任何地方的使用者通过web浏览器对一台PUM A562机器人进行控制,完成抓取、搬运与堆放操作.关键词:遥操作;互联网;机器人中图分类号:T P249 文献标识码:A 文章编号:0367 6234(2001)01 0008 05An internet based Telerobtics TelerobotZHAO M ing guo,ZHAO Jie,CUI Ze,CAI He gao(Robot Research I nstitute,Harbin Institute of T echnology,Harbin150001,China)Abstract:Presents the experimental Internet based telerobotics developed using Internet Server and Robot Server architecture through the development of Internet and teleoperation technology,and the PU MA562 robot controllable from anyw here to pick up,move and place blocks w ith web brow ser.Key words:teleoperation;internet;robot通过Internet控制远端的机器人比传输文本、声音和视频信息更富有挑战性.近年来,随着In ternet的广泛应用和遥操作技术的发展,很多网络机器人设备都被联接到Internet上向公众开放. 1993年8月联接到Internet上的M ercury项目是第一个基于网络的遥操作机器人系统,它允许使用者控制一台IBM机器人和CCD摄像机在充满沙子的工作空间中进行物品挖掘[1].1994年9月,西澳大利亚大学的Ken T aylor等把一台ABB工业机器人联接到Internet上,经过多次改进,该系统允许用户通过w eb浏览器控制机器人进行抓取和收稿日期:2000-10-09.基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目(863-9805-20).作者简介:赵明国(1972-),男,博士研究生;赵杰(1968-),男,博士后;蔡鹤皋(1934-),男,博士生导师,中国工程院院士.搬运[2].1995年,George Bekey和SteveGoldberg 使用六自由度机器人、回转平台与立体摄像机开发了饮水的主妇 ,世界各地的学者可以通过浏览器观察与欣赏博物馆中的艺术珍品.1998年6月, PumaPaint被联接到Internet上,任何使用者都可以通过网络控制一台PUMA760机器人在画架上作画[3].华盛顿大学的T.J.Tarn等用游戏手柄通过Internet控制1000km以外的PUMA760机器人进行移动与障碍回避[4].更值得一提的是Paul G.Backes等建造的W IT S系统,分布在美国各地的NASA的专家们使用该系统进行火星探路者的任务规划与控制,同时公众可以使用该系统进行虚拟操作[5].基于Internet的遥操作机器人系统可以应用到设备共享、远程培训、分布式合作、医疗与娱乐等方面.本文采用Internet服务器与机器人服务器构成的两层服务器结构建立了一个可靠、低成本以第33卷第1期哈尔滨工业大学学报 Vol.33,No.1 2001年2月 JOURNAL OF HARBIN INSTITUT E OF TECHNOLOGY Feb.,2001及具有可重用性的遥操作系统 Telerobot.该系统不仅能够说明开发基于Internet 的遥操作机器人系统的基本原理和结构,并且对普通公众开放.本文讨论了系统的组织结构,描述了系统的实现,对网络机器人进行了讨论.1 系统结构与使用专用信息通道的传统遥操作系统相比,基于计算机网络的遥操作系统具有如下优点:系统的开发与维护成本非常低,具有很高的灵活性;对普通公众具有开放性.同时,也存在如下的缺点:网络有限带宽和不确定路由造成的大且变化的网络时延,网络阻塞造成的数据包丢失.目前,国际上还没有成功地实现双向力反应的网络遥操作系统.学者们广泛采用移动-等待式Supervisory 控制来解决网络时延造成的不利影响.Telerobot 的系统结构如图1所示,采用Internet 服务器和机器人服务器组成的两层服务器结构把一台PUMA562机器人联接到Internet 上,任何使用者都可以通过Web 浏览器进行物体的抓取和搬运.In ternet 服务器主要完成基于浏览器的交互式用户界面和用户数据库的维护,机器人服务器完成PUMA562机器人的控制、CCD 摄像机的图像采集与压缩,Internet 服务器和机器人服务器之间通过LAN 使用TCP/IP 协议进行互联.图1 T elerobot 的两层服务器结构Fig.1 T wo layered serv er architecture of T elerobo t1.1 系统布局Telerobot 的系统布局见图2,包括PUMA562机器人、工作台和3架CCD 摄像机.机器人的工作空间是位于工作台上方500mm 500mm 500mm 的立方体,使用工作台上的坐标轴和栅格来表示工作空间的范围.间距100mm 的栅格可以方便地确定机器人手爪末端在工作空间坐标系下的X 、Y 坐标,虽然在Z 轴方向没有坐标轴和栅格作为参考,但仍可以通过不同视角的摄像机图像估计手爪的高度.工作空间和机器人的坐标系在使用前作相应的标定,以保证用户在工作空间坐标系下的操作和机器人坐标系下的运动相匹配.摄像机的个数和安放的位置直接影响到系统的可操作性,同时摄像机也受到机器人运动范围和图像压缩与传输时间的限制.实验表明,Telerobot 系统使用与X 、Y 轴相垂直的两台固定摄像机(摄像机2、摄像机3)和一台全局摄像机(摄像机1)可以取得比较丰富的视觉信息和较少的图像处理与传输时间.两个固定摄像机于水平面成30 ,即可以获得对手爪水平坐标和Z 轴高度的估计,又可以保证对工作台的视角.全局摄像机安放在两个固定摄像机的夹角之外,以获得尽可能多的视觉信息.工作台上的木块有4种:(1)长四棱柱(25mm 25mm 80m m);(2)短四棱柱(25mm 25mm 40mm);(3)六面体(40mm 40mm 20mm);(4)三角棱柱(等腰直角端面的直角边40mm,厚20mm).图2 T elerobot 实验系统布局Fig.2 Layout of T elerobot system9 第1期赵明国,等:一种基于I nternet 的遥操作机器人系统 T elerobot通常使用欧拉参数表示手爪的姿态,但对于面向公众的网络遥操作系统,欧拉参数不够直观且难于被公众理解,因此采用绕手爪工具坐标系的三个转角来表示手爪的姿态.实际操作表明,使用手爪末端的三个平动坐标和绕Z轴的转动坐标可以完成比较复杂的操作且可以很好地被普通用户理解.1.2 Internet服务器Internet服务器由三部分组成:Web服务程序、用户数据库和Winsock通讯程序.Web服务程序是由Java语言编写的CGI程序,主要完成交互式用户界面的操作和各任务的调度;用户数据库主要完成用户操作权限的保存和用户信息与操作数据的记录;Winsock通讯程序完成与机器人服务器之间的信息交换,包括用户指令、机器人作业现场的图像和机器人参数.T elerobot的Internet服务器是一台拥有静态IP地址的服务器;它在Windows NT4.0下运行A pache3.12HTT P服务程序,用户通过Web浏览器联接到Telerobot的操作主页时启动Internet服务器的Web服务程序.Web服务程序通过操作主页的H TTP文件向用户提供操作现场的静态图片和机器人参数,用户通过改变机器人参数来操纵现场的PUMA562机器人,Internet服务器的软件流程如图3所示.用户被分为新用户、操作者图3 Inter net服务器软件流程图F ig.3 Software flow chart for I nternet Server 和观察者,不同的用户具有不同的操作权限.当用户提出申请后,Web服务程序首先在用户数据库中查找用户的操作权限,然后根据用户的操作权限执行不同的任务.如果用户是操作者且发出的是控制指令,Web 服务程序将指令通过Winsock程序传输到机器人服务器;然后把运行结果(三幅静态图片和机器人参数)保存到用户数据库中;最后使用运行结果生成当前的HTM L文件,并通知用户浏览器下载新的HT ML文件.如果是新用户,Web服务程序首先分配操作权限,然后通知机器人服务器采集最新的现场图片和数据,最后生成HT ML文件供用户下载.用户权限的分配遵守先申请先获得(First request first access)的原则.当没有操作者时,新用户自然成为操作者;当有操作者时,新用户成为观察者.如果用户是观察者,就只能够得到当前的H TML文件,而不能够对机器人进行任何控制,因为Web服务程序不响应观察者的任何控制要求.为了减少不必要的数据传输和保证用户得到最新的现场数据,每一个HT ML文件都被分配一个唯一的编号.每次用户浏览器使用前进/后退进入到操作主页时,Web服务程序比较用户和当前H TML文件的编号.如果编号相同,就使用用户计算机上的备份文件;如果不同,就下载最新的H TML文件.为了防止网络故障和不合理的独占控制权,当操作者在10m in内没提出任何控制要求时,Web服务程序会自动地取消其控制权,使其成为观察者.1.3 机器人服务器机器人服务器是一台运行Window s98的工业计算机,其上安装有机器人通讯控制卡、图像采集卡和手爪控制器等硬件.为了减少机器人服务器的负担,开发了一种PUMA562机器人通讯控制卡.在本系统中主要完成如下工作:(1)在工具坐标系下修正机器人的运动;(2)读取机器人末端世界坐标系下的传递矩阵.用C++语言编写的机器人服务器程序由三部分构成:机器人控制、图像采集/压缩和Winsock 通讯程序.机器人控制程序包括运动的规划和机器人的位置修正;图像采集/压缩程序把现场的运行结果通过CCD摄像机采集成静态图片并立即压缩成JPEG格式;Winsock通讯程序完成接收In ternet服务器的指令,并将图像与机器人状态参数传回到Internet服务器.10哈尔滨工业大学学报第33卷2 用户界面如图4所示,Telerobot 的浏览器操作界面提供给用户三个现场静态图片和机器人和手爪的状态参数,使用者可以通过指定新的机器人末端位置、姿态和手爪的开合来控制机器人进行抓取、搬运和堆放.用户输入命令的方式有绝对式和相对式两种.绝对方式下,用户输入的是机器人工作空间坐标系下的绝对位置和姿态的坐标;相对方式下,用户输入的是相对于当前位置的坐标增量.用户确定指令后通过M ove Robot 按钮向Web 服务程序提出控制要求.图4 基于W eb 浏览器的用户界面Fig.4 Web brow ser-based user inter face机器人服务器收到用户的控制指令后,首先改变手爪的开合,然后机器人的末端沿一条直线快速移动到指定的位置和姿态.这就意味着操作者可以把一些不同的操作合并起来,但是另外一些命令却不可以.例如:如果手爪张开且处于可以抓取木块的位置,使用者可以同时输入手爪合拢与移动到新位置的指令;然而却不能够指定移动到新位置后把木块放下,因为手爪在移动之前就已经张开.3 机器人运动控制为了加快机器人末端移动的速度和减少运动产生的振动,T elerobot 的机器人运动采用恒加速度控制,三种情况的加速度、速度和位移曲线如图5所示.首先,根据移动的距离S 确定规划的种类和参数,其中 T 表示机器人的修正周期:T n =n T ,(1)V n =a m ax T n ,(2)S n =0.5a max T 2n .(3)图5 机器人运动控制的速度规划Fig.5 Velocity plan for robot motion control如果S <2S n ,说明采用的最大加速度过大,如图5(c)所示,因此应该采用较小的加速度a =2S /T 2n ;如果V n =V max 时S =2S n ,说明机器人末端一直处在加速或减速运动中,如图5(b)所示;如果V n =V max 时S =2S n ,说明机器人末端应有匀速运动,如图5(a)所示.设V n V m ax 的步数为N ,则V ,n =V n n N ,V n =V 2N-n ,n >N .(4)机器人末端在6个自由度上同时按式(1)~(4)进行规划,得到运行时间T 1, ,T 6,最后取T =max (T 1, ,T 6)作为运动的时间,用图5(c)的形式进行距离为S 、时间为T 的速度规划来控制Pum a562机器人进行修正.经上述速度规划后机器人可以快速且平稳的运动,大大减少了操作者的等待时间.例如水平方向上平稳移动200mm 需要0.734s,而一般的匀速运动用0.75s 就有非常大的振动.图6给出了完成某一操作后,摄像机2视图的现场照片.4 结论本文采用由Internet 服务器和机器人服务器构成的两层服务器结构建立了基于Internet 的遥操作机器人实验系统 Telerobot.实验结果表明,这种两层服务器结构可以很好地分离网络信息处11 第1期赵明国,等:一种基于I nternet 的遥操作机器人系统 T elerobot理部分和机器人硬件控制部分,提高了系统的安全性和灵活性.这种结构可以应用到其他移动-等待式Supervisory 控制的网络遥操作机器人系统中.图6 摄像机2现场视图Fig.6 View of Camera2由于网络数据的传输时间和移动-等待式操作对操作者的限制,通常移动一次需要5~10s.为了提高操作的效率,一些改进工作将被逐渐添加到系统中去,例如:(1)改进机器人的控制算法,使之移动的更快、更平稳.(2)对摄像机和机器人工作空间进行标定,使操作者可以通过鼠标在3个摄像机的视图上指定移动的新位置.参考文献:[1]GOL DBERG K ,M ASCHA M ,G EN T N ER S,et al.Desktop teleoperation via the world w ide w eb[A].In ternational conference o n robot ics and automation[C].Nagoy a:Omnipress,1995.654 659.[2]T AY LOR K,DALT ON B,T REV ELYA N J.Web based telerobot ics[J].Robotica,1999,17:49 57.[3]ST EIN M R.O ne year of PU M A painting :site ex peri ences [A ].SPI E T elemanipulator and T elepr esence T echnolog ies VI [C].Boston:Omnipr ess,1999.200209.[4]BRA DY K ,T AR N T J.Internet based remo te teleop eration[A ].Inter national Conference on Robotic and Automatio n[C].Belg ium :Omnipress,1998.65 70.[5]BA CK ES P G ,T SO K S.Internet based oper atio ns for mars po lar lander mission[A].International Confer ence on Robotics and Automation[C].San Fr ancisco :Omni press,2000.2025 2032.(责任编辑杨波)12 哈尔滨工业大学学报第33卷。

基于神经网络的遥操作工程机器人力觉反馈技术

基于神经网络的遥操作工程机器人力觉反馈技术提出基于神经网络模型的摇操作主从式工程机器人的力觉反馈技术原理。

首先根据机器人从动手机构的空载动力学特性，离线建立了空载神经网络模型，然后依此模型在线辨识空载驱动力以间接提取负载力。

该方法可提高力觉反馈的准确性和同步精度，实验结果验证了其有效性。

1 引言人们在人体难以靠近的场所如宇宙空间、海底、地下及原子反应堆等附近的高温、高压、强辐射等恶劣环境中作业时，有必要使用遥操作工程机器人系统完成作业任务。

为了提高机器人系统的作业效率，需要将远端作业现场的声音、图像、运动和力等信息反馈给操作者，使操作者在听觉、视觉、运动觉和力觉上具有临场现实感。

而在一些特殊场合，操作者对力觉反馈的质量要求更高。

为了完成精确的操作任务，操作者不但要求能感觉到远端作业现场的实际负载力，还要求其力觉能与负载存在同步。

实现上述要求的前提是必须首先准确提取负载力，目前一种方法是在机器人抓取机构的末端安装测力传感器直接检测负载力；另一种是检测相关参量间接求出负载力。

前者可使操作者获得真实的力觉，但测力装置易受现场环境影响，磨损问题突出。

后者虽易于实现，但现有的算法误差较大，操作者获得的力觉精度不高。

针对此问题，本文提出—了利用抓取机构的空载神经网络（NN）模型间接提取负载力的方法，在日本岐阜大学开发的遥操作工程机器人上进行了实验研究，验证了该方法可以有效提高力觉反馈的准确性和同步精度。

2 力觉反馈技术原理遥操作工程机器人可看作由主动手机构和从动手机构两部分构成，其作业任务是靠操作者操纵主动手机构遥控从动手机构完成的。

从动手机构分为直线型和转动型，受力分析如图1所示。

[align=center]图1 从动手机构受力[/align]以直线型为例，力平衡可写成如下形式：（1）式中：F为驱动力，F[SUB]i[/SUB]为惯性力，F[SUB]f[/SUB]为摩擦力，F[SUB]e[/SUB]为弹性力，F[SUB]g[/SUB]为重力引起的负载力，F[SUB]L[/SUB]为负载力。

神经网络在机器人控制中的应用

神经网络在机器人控制中的应用随着科技的不断进步，机器人已经从单纯的操作工具逐步进化成为一种能够主动思考和决策的智能装置。

而在机器人智能化的关键技术之中，神经网络无疑扮演着非常重要的角色。

本文将简要介绍神经网络的基本原理以及在机器人控制中的应用。

一、神经网络基本原理神经网络是一种基于生物神经元连接结构的计算模型，具备自学习和自适应性的特性。

神经网络模型由输入层、输出层和至少一层隐藏层组成，其中每个节点都类似于一个人工神经元，可以通过内部的非线性函数来实现信息处理和信号传递的功能。

在神经网络中，每个神经元都会接收一组输入信号，并经过统计计算后输出一种新的信号，这种信号会被传递到下一层神经元里面。

其中每个神经元的输入可能来自于其他输入节点或上层隐层节点，而输出则会向下一层输出或者输出层输出。

神经网络需要经过大量的训练过程来调整各个节点之间的权重和值，从而使得模型能够具备一定的自适应性和预测能力。

二、神经网络在机器人控制中的应用神经网络在机器人智能化的过程中扮演了非常重要的角色，可以应用于语音识别、视觉识别、感知和动作控制等方面。

以下是具体的应用案例：1. 语音识别神经网络可以通过大量的语音数据训练来实现语音识别的功能。

通过将语音信号转化成数字信号后，再通过神经网络进行分析和匹配，最终得到正确的语音识别结果。

2. 视觉识别神经网络还可以应用于机器人视觉识别的过程中，通过训练模型来实现图像和物体的识别功能。

例如，可以通过让机器人模拟人眼视觉来对不同的物体和环境进行感知、识别和分析。

3. 感知控制除了视觉和语音识别外，神经网络还可以应用于机器人的感知控制中。

例如，通过配合传感器和灵活的控制策略，机器人可以实现对复杂信号的快速感知和处理，并通过神经网络进行自主决策。

4. 动作控制最后，神经网络还可以用于机器人的动作控制功能。

例如，通过训练模型来控制机器人的运动、行走和运动策略等方面。

此外，也可以将神经网络用于控制机器人的手臂和轮胎等机械结构。

机器人遥操作系统控制技术

机器人遥操作系统控制技术1. 引言1.1 概述机器人遥操作系统控制技术是近年来快速发展的一项前沿技术，它允许人们通过远程方式对机器人进行操控和控制。

遥操作系统通过传感器技术、控制算法以及实时通讯协议等组成要素，实现了人与机器人之间的无线连接和高效交互。

该技术在各个领域都有广泛应用，如工业制造、医疗保健、教育科研等，为提高生产效率和解决现实问题提供了有效的解决方案。

1.2 文章结构本文将从以下几个方面对机器人遥操作系统控制技术进行阐述。

首先，在第二部分将概述该技术的定义与分类，并回顾其发展历史和主要应用领域。

接着，在第三部分中将详细介绍遥操作系统的组成要素及原理，包括传感器技术、控制算法介绍和实时通讯协议等。

然后，在第四部分将探讨远程操控方法与技术选择，比较直接操控与自主导航的优劣并介绍关键技术选择标准和方法，同时还会讨论物联网在遥操作中的应用。

最后，在第五部分将展望机器人遥操作系统控制技术的未来发展，并探讨人工智能在遥控系统中的应用、自动化水平提高带来的挑战以及全球合作下可能产出的成就。

1.3 目的本文旨在全面介绍机器人遥操作系统控制技术，深入探讨其组成要素和原理，并提供远程操控方法与技术选择的指导。

同时，本文将对该技术未来发展进行展望，指出人工智能在其中的应用方向以及可能面临的挑战，并呼吁全球合作以推动该领域取得更多成果。

通过本文的阐述和分析，读者将对机器人遥操作系统控制技术有更深入、全面的了解，并为相关领域从业者和研究者提供参考和借鉴。

2. 机器人遥操作系统控制技术概述2.1 定义与分类机器人遥操作系统控制技术是指通过远程手动操纵或者自动化程序，对机器人进行操作和控制的一种技术。

根据应用领域的不同，可以将机器人遥操作系统控制技术分为军事、医疗、工业、教育等多个分类。

2.2 发展历史机器人遥操作系统控制技术的发展始于20世纪中期，当时主要应用于军事领域。

随着科技的进步，这项技术逐渐扩展到其他领域。

一种基于广域网、应对带宽受限的机器人遥在系统[发明专利]

专利名称：一种基于广域网、应对带宽受限的机器人遥在系统专利类型：发明专利
发明人：王景川,陈卫东,倪智
申请号：CN201210529383.2
申请日：20121210
公开号：CN103024030A
公开日：
20130403
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开一种基于广域网、应对带宽受限的机器人遥在系统，主要由四部分组成：机器人端、控制服务器、流媒体服务器、客户端HTML；基于Web搭建控制服务器和流媒体服务器，实现了基于网页的控制信号、实时流媒体信号、可用带宽信号和传感器反馈信号的传输，并提出了一种根据可用带宽和机器人所处场景的带宽调节算法，提高了流媒体传输的实时性和客户端的体验性。

申请人：上海交通大学
地址：200240 上海市闵行区东川路800号
国籍：CN
代理机构：上海汉声知识产权代理有限公司
代理人：郭国中
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基于Internet的遥机器人控制系统关键技术研究

基于Internet的遥机器人控制系统关键技术研究2023-10-27CATALOGUE 目录•研究背景与意义•国内外研究现状及发展趋势•基于Internet的遥机器人控制系统关键技术•基于Internet的遥机器人控制系统设计与实现CATALOGUE目录•基于Internet的遥机器人控制系统性能测试与分析•结论与展望01研究背景与意义研究背景现代技术的发展随着Internet技术的快速发展，远程控制成为可能，为遥机器人控制系统的实现提供了基础。

机器人应用范围的扩大随着机器人技术的不断进步，机器人在医疗、军事、救援等领域的应用越来越广泛，对遥机器人控制系统的需求也日益增长。

传统控制方法的不足传统的机器人控制方法在某些情况下难以满足远程控制的需求，需要寻求新的技术手段以实现对机器人的远程控制。

促进相关技术的发展研究基于Internet的遥机器人控制系统关键技术，能够促进相关技术的发展，如网络技术、通信技术、机器人技术等。

研究意义实现远程控制基于Internet的遥机器人控制系统能够实现对机器人的远程控制，使得操作更加灵活和方便。

提高安全性和可靠性通过远程控制，可以避免操作人员直接接触危险环境，提高安全性和可靠性。

拓展机器人的应用范围基于Internet的遥机器人控制系统能够拓展机器人的应用范围，例如在医疗、军事、救援等领域的应用更加广泛。

02国内外研究现状及发展趋势国内研究现状国内研究起步较晚，但发展迅速。

针对不同领域的应用场景，开发了具有特色的遥机器人控制系统。

在线监控与远程控制技术结合的研究取得一定成果。

国内研究注重实用性和灵活性，结合具体应用需求进行系统设计和优化。

国外研究现状国外研究起步较早，积累了丰富的技术经验和成果。

在遥机器人控制系统的理论和方法方面取得了很多重要的突破。

针对不同领域的应用需求，开发了具有国际领先水平的遥机器人控制系统。

国外研究注重理论深度和学术高度，对于推动遥机器人控制技术的发展起到了重要作用。

复杂外部环境下网络化遥操作机器人先进控制

实现了机器人与远程操控者之间的实时通信，提高了遥操作的稳定性和响应速度。
通过实验验证了所提方法在复杂环境下的有效性和优越性，为实际应用提供了有力支持。
未来研究方向
深入研究机器人的自主导航和决策能力，提高其在未知和动态环境下的适应性和鲁棒性。
结合人工智能和机器学习技术，进一步提升机器人的感知、学习和推理能力。
常用的自适应控制算法包括模型参考自适应控制、自校正控制和自适应模糊控制等。
智能控制算法
智能控制算法是一种基于人工智能和机器学习技术的控制方法，旨在实现自动化、智能化的控制
系统。
智能控制算法通过模拟人类的思维和决策过程，实现自主感知、学习和决策，以应对复杂、不确
定和高度动态的外部环境。
常用的智能控制算法包括模糊逻辑控制、神经网络控制和深度学
反馈机制
实时反馈机器人的状态和环境信息，以便控制中心做出调整。
实时性与稳定性分析
实时性分析
评估系统在处理数据和执行命令时的响应速度，确保满足实时性要求。
稳定性分析
通过模拟不同外部干扰和网络延迟情况下的系统表现，验证系统的稳定性。
04
先进控制算法与应用
鲁棒控制算法
01
鲁棒控制算法是一种针对不确定性、非线性和时变系
语义建模技术
将环境信息进行语义化描述，方便机器人理解和操作。
感知与建模的关键问题
数据安全与隐私保护
在感知和建模过程中，如何保护用户隐私和数据安全是一个重要问题。
环境适应性
实时性
感知和建模的实时性对于机器人的操作至关重要，需要高效的算法和硬件支持。
机器人在复杂环境下需要具备良好的适应能力，能够应对各种突发情况。

网络环境下的遥操作机器人系统建模及无源控制方法

网络环境下的遥操作机器人系统建模及无源控制方法2023-11-11contents •引言•遥操作机器人系统建模•网络环境下遥操作机器人系统的无源控制方法•网络环境下遥操作机器人系统的性能优化目录contents •网络环境下遥操作机器人系统的应用前景与挑战•结论与展望目录CHAPTER引言01研究背景与意义研究现状与问题国内外研究现状及发展趋势现有研究存在的问题和不足本研究的目标和创新点研究内容与方法研究内容和整体框架研究方法和技术路线数据来源和实验方案CHAPTER遥操作机器人系统建模02遥操作机器人系统概述遥操作机器人系统的应用场景和优势遥操作机器人系统的发展历程和趋势遥操作机器人系统的定义和组成遥操作机器人系统模型建立遥操作机器人系统的通信模型遥操作机器人系统仿真与分析遥操作机器人系统的仿真环境搭建遥操作机器人系统的性能评估与优化遥操作机器人系统的稳定性分析与控制方法设计010203CHAPTER网络环境下遥操作机器人系统的无源控制方法03无源控制理论概述无源控制理论的基本思想01无源控制理论的发展历程02无源控制理论的基本原理031网络环境下遥操作机器人系统的无源控制方法设计23首先需要建立遥操作机器人系统的数学模型，包括机械模型、电气模型和网络模型等，以便进行无源控制方法的设计。

遥操作机器人系统的模型建立根据遥操作机器人系统的模型和性能要求，设计无源控制器，包括能量函数的选择、控制器参数的整定和优化等。

无源控制器的设计通过实验验证无源控制器的有效性和可行性，并对控制器的参数进行优化，以提高控制器的性能和效果。

实验验证及优化实现过程实验验证网络环境下遥操作机器人系统的无源控制方法实现与验证CHAPTER网络环境下遥操作机器人系统的性能优化04延迟时间传输丢包率遥控精度遥测精度遥操作机器人系统性能评估指标网络环境下遥操作机器人系统的性能优化方案设计优化网络协议减小延迟时间提高遥控精度提高遥测精度基于TCP/IP协议的数据传输…网络环境下遥操作机器人系统的性能优化方案实现与验证基于实时操作系统的延迟时间优化…基于图像识别的遥控精度优化方案…基于高精度传感器的遥测精度优化…CHAPTER网络环境下遥操作机器人系统的应用前景与挑战05通过遥操作机器人技术，医生可以在远程对病人进行手术操作，从而为偏远地区的患者提供及时远程医疗通过遥操作机器人技术，学生可以在虚拟环境中进行实践操作，提高技能水平，同时降低培训成教育培训灾难救援环境监测网络环境下遥操作机器人系统的应用前景用户接口设计为了方便用户使用，需要设计简单易用的用户接口，提高用户体验。

基于神经网络的远程机器人控制技术研究

基于神经网络的远程机器人控制技术研究第一章：引言近年来，随着机器人技术的不断进步以及人工智能技术的快速发展，基于神经网络的远程机器人控制技术也越来越受到关注。

这种技术可以实现远距离控制机器人完成各种任务，特别是在危险环境下，可以保护操作者的安全。

本文从研究现状、技术原理、应用前景等多方面对基于神经网络的远程机器人控制技术进行探讨。

第二章：研究现状在过去的几十年中，机器人技术有了很大的进步，成为了许多领域中必不可少的工具。

随着计算机技术、通讯技术和传感器技术的不断发展，机器人的性能和功能得到了极大的提升。

同时，神经网络技术也在过去的几十年里有了长足的进步，越来越被应用于工业、军事、医疗等多个领域。

神经网络技术结合机器人技术，实现远程机器人控制，被认为是未来机器人技术的重要发展方向。

目前，基于神经网络的远程机器人控制技术主要采用的是视觉控制和力学控制方法。

其中，视觉控制方法主要是利用机器视觉对机器人进行远程控制，力学控制方法则是通过远程力学手套，将机器人的动作反馈到操纵者的手套上。

这两种方法都能实现远程机器人的准确控制。

第三章：技术原理基于神经网络的远程机器人控制技术主要包括三个部分：远程传感器、神经网络模型、机器人执行器。

其中，远程传感器负责采集机器人周围的环境信息。

神经网络模型负责根据传感器采集到的信息，对机器人的动作进行控制。

机器人执行器则负责将神经网络模型控制的动作传输到机器人上。

神经网络模型可以分为前馈神经网络和循环神经网络两种类型。

前馈神经网络能够实现机器人的直线运动控制及部分复杂运动控制，适用于一些简单的机器人控制任务。

而循环神经网络能够实现机器人的复杂运动控制、路径规划，适用于对机器人精度要求较高的复杂任务。

在神经网络模型的训练过程中，主要使用的是反向传播算法和遗传算法等。

第四章：应用前景基于神经网络的远程机器人控制技术可以应用于广泛的领域。

其中，主要应用于危险环境下的机器人控制、太空任务、离线编程、医疗机器人等领域。

Internet环境下遥操作机器人系统的关键技术研究的开题报告

Internet环境下遥操作机器人系统的关键技术研究的开题报告一、选题背景及意义随着互联网技术的不断发展和普及，远程遥控机器人系统成为了越来越受关注的领域之一。

远程操作机器人系统可以极大地拓展机器人的应用领域，使得机器人可以在更加危险、恶劣、不便人类直接进入的环境下工作。

例如，在国际空间站的维修和运营工作中，遥操作机器人系统就发挥着重要作用，无人机技术的快速普及也充分表明了远程遥控技术的重要性。

本研究的目标是通过分析和研究关键技术，建立一套可靠有效的远程遥控机器人系统，能够为人类工作和生活提供更多可能性，为科技创新、产业发展和人类生活带来更多的福祉和便利。

二、研究内容1. 可靠的远程遥控通讯系统远程操作机器人系统需要具备实时的、高速、可靠的通讯系统，以保证操作的准确性和及时性。

本研究将分析和比较不同的远程遥控通讯技术，如WiFi、蓝牙、移动通讯网等，并提出可靠的方案来实现远程遥控通讯系统。

2. 实时传输、处理和反馈技术实时性是远程遥控机器人系统的核心要求之一，必须保证数据的及时传输和处理。

本研究将探讨传输和处理实时特征的方法和技术，并研究如何实现高效的反馈机制。

3. 安全可靠的远程操作系统远程操作机器人系统要求对信息和数据进行保护，保证操作的安全性和可靠性。

本研究将分析和研究安全可靠的远程操作系统，并提出相应的安全措施，以确保远程操作过程的安全和可靠。

4. 人机交互和用户体验的研究远程遥控机器人系统需要提供直观、易用的界面和操作方式，以便操作员能够方便快捷地进行操作。

本研究将探讨如何设计人机交互界面、实现人机交互功能，提高操作员的操作体验和工作效率。

三、研究方法1. 文献综述：对相关领域的科技论文、专利、技术报告、学术期刊等进行综述和分析，以获取相关知识和理论基础。

2. 调研实验：采用现代化的实验室设备和机器人控制系统进行实际测试，研究针对远程遥控机器人系统的关键技术，并验证各种策略、方法和方案的效果。

基于网络的机器人遥操作系统：运动描述语言方法的开题报告

基于网络的机器人遥操作系统：运动描述语言方法的开题报告题目：基于网络的机器人遥操作系统：运动描述语言方法背景：机器人遥操作系统的研发是机器人技术发展的重要组成部分，它可以实现远程对机器人进行遥操作，解决了现场不便操作、环境危险等问题，同时也为机器人装备提供了更广泛的应用场景。

运动描述语言方法是机器人遥操作系统的一种核心技术，它能够快速、准确地描述机器人运动和动作。

因此，本文将研究基于网络的机器人遥操作系统的运动描述语言方法。

研究内容：1. 对机器人遥操作系统的现有技术进行分析和研究，为后续的研究提供基础支撑。

2. 研究运动描述语言的相关理论和方法，包括语法、语义等。

3. 基于网络结构，构建机器人遥操作系统的通信模型，以实现机器人的远程遥操作。

4. 设计运动描述语言方法，实现机器人的运动和动作描述。

5. 对运动描述语言方法进行程序设计和实现，以实现机器人的遥操作功能。

6. 进行实验和测试，验证运动描述语言方法的可行性和有效性。

研究目的：本研究旨在探索基于网络的机器人遥操作系统的运动描述语言方法，以实现机器人的远程遥操作和灵活运动控制。

具体目标如下：1. 分析现有机器人遥操作系统技术，为运动描述语言的研究提供基础支撑。

2. 构建基于网络的机器人遥操作系统通信模型，实现机器人的远程遥操作。

3. 设计运动描述语言方法，准确描述机器人的运动和动作。

4. 实现运动描述语言方法，以实现机器人的遥操作功能。

5. 通过实验和测试，验证运动描述语言方法的可行性和有效性。

研究方法：本研究采取实验和理论相结合的方法。

具体研究流程如下：1. 分析现有机器人遥操作系统技术，了解现有将机器人运动描述语言作为遥操作系统的核心技术的研究。

2. 基于网络结构，构建机器人遥操作系统的通信模型，实现机器人的远程遥操作。

3. 研究运动描述语言的相关理论和方法，包括语法、语义等。

4. 设计运动描述语言方法，并进行程序设计和实现，以实现机器人的远程遥操作功能。

基于Internet的遥操作机器人控制方法研究

学校代码：分类号：密学级：号：
10289 TP242 公开 092030070
基于
Internet
的遥操作机器人控制方法研究
江苏科技大学硕士学位论文
基于 Internet 的遥操作机器人控制方法研究
陈鹏飞
研究生姓名申请学位类别
陈鹏飞工学硕士
学位论文作者签名：
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本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
IV
目录
目录
摘要 ...................................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................................ III 第 1 章绪论 .................................................................................................................

机器人神经网络控制

第一部分机器人手臂的自适应神经网络控制机器人是一具有高度非线性和不确定性的复杂系统，近年来各研究单位对机器人智能控制的研究非常热门，并已取得相当丰富的成果。

机器人轨迹跟踪控制系统的主要目的是通过给定各关节的驱动力矩，使得机器人的位置、速度等状态变量跟踪给定的理想轨迹。

与一般的机械系统一样，当机器人的结构及其机械参数确定后，其动态特性将由动力学方程即数学模型来描述。

因此，可采用经典控制理论的设计方法——基于数学模型的方法设计机器人控制器。

但是在实际工程中，由于机器人模型的不确定性，使得研究工作者很难得到机器人精确的数学模型。

采用自适应神经网络，可实现对机器人动力学方程中未知部分的精确逼近，从而实现无需建模的控制。

下面将讨论如何利用自适应神经网络和李雅普诺夫（Lyapunov ）方法设计机器人手臂跟踪控制的问题。

1、控制对象描述：选二关节机器人力臂系统（图1），其动力学模型为：图1 二关节机器人力臂系统物理模型()()()()d ++++=M q q V q,q q G q F q ττ （1）其中123223223222cos cos ()cos p p p q p p q p p q p +++⎡⎤=⎢⎥+⎣⎦M q ，3223122312sin ()sin (,)sin 0p q q p q q q p q q --+⎡⎤=⎢⎥⎣⎦V q q41512512cos cos()()cos()p g q p g q q p g q q ++⎡⎤=⎢⎥+⎣⎦G q ，()()0.02sgn =F q q ，()()0.2sin 0.2sin Td t t =⎡⎤⎣⎦τ。

其中，q 为关节转动角度向量，()M q 为2乘2维正定惯性矩阵，(),V q q 为2乘2维向心哥氏力矩，()G q 为2维惯性矩阵，()F q 为2维摩擦力矩阵，d τ为未知有界的外加干扰，τ为各个关节运动的转矩向量，即控制输入。

基于Internet的机器人遥操作研究

基于Internet的机器人遥操作研究
陆建飞;赵福臣
【期刊名称】《机械工程师》
【年(卷),期】2008(000)008
【摘要】基于Internet的遥操作技术在机器人控制领域的应用,使人类的感知操作能力得到了延伸,已成为重要前沿课题.文中利用SCARA机器人作为实验平台,充分利用Internet的通用性和交互性,建立基于Internet的机器人遥操作系统,并应用VC++语言开发集研究和实验为一体的机器人遥操作平台,实现对机器人的远距离操作.
【总页数】3页(P119-121)
【作者】陆建飞;赵福臣
【作者单位】江南大学,莱姆顿学院,江苏,无锡,214122;大庆石油化工机械厂,黑龙江,大庆,163711
【正文语种】中文
【中图分类】TP242
【相关文献】
1.基于Internet的机器人遥操作系统的研究 [J], 闫晋锋;陆平;李良
2.基于Internet多机器人遥操作系统的研究 [J], 赵杰;闫继宏;朱延河;高胜;高永生
3.基于Internet的拟人双臂机器人遥操作系统的研究 [J], 丁希仑;李海涛;解玉文;周军
4.基于Internet多机器人遥操作采用协调控制器的协作控制研究 [J], 闫继宏;赵杰;
朱延河;蔡鹤皋
5.基于Internet的机器人遥操作系统研究 [J], 熊海国;尤波;李东洁
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基于Internet的遥操作机器人监督控制器的设计

基于Internet的遥操作机器人监督控制器的设计
杨海军;孟正大
【期刊名称】《自动化与仪表》
【年(卷),期】2007(22)2
【摘要】为了解决基于事件的控制方法在基于事件参量的控制器设计上的困难,以及它给机器人的运动带来的走走停停的缺点,在基于事件的控制结构中加入了主端的预测显示控制,引入传统时间参量并建立了基于事件/时间的混合系统监督控制器模型.在保证机器人局部稳定的情况下降低了机器人控制器设计的复杂度,并使得运动操作可以连续进行,不再受遥机器人状态的限制.
【总页数】5页(P6-9,40)
【作者】杨海军;孟正大
【作者单位】东南大学,自动化学院,南京,210096;东南大学,自动化学院,南
京,210096
【正文语种】中文
【中图分类】TP2
【相关文献】
1.基于MC9S08的嵌入式Internet控制器设计 [J], 陆卫忠;奚雪峰;朱音;王宜怀
2.基于Internet的嵌入式控制器的混凝土搅拌站自动控制系统设计 [J], 陈杨;费凌
3.基于Internet的力觉临场感遥操作机器人系统设计 [J], 陈启宏;刘莉;费树岷
4.基于Petri网的Internet多机器人协调控制器设计 [J], 闫继宏;赵杰;蔡鹤皋
5.基于Internet的最小化网络控制器的设计 [J], 贺元启;褚雄
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基于Internet的多机器人遥操作系统体系结构

基于Internet的多机器人遥操作系统体系结构
赵杰;闫继宏;蔡鹤皋
【期刊名称】《高技术通讯》
【年(卷),期】2003(013)012
【摘要】提出了一种多层次控制结构的基于Intemet的多机器人遥操作系统体系结构.系统在组成结构上分为4个子系统:机器人工作子系统、用户交互子系统、通讯子系统和安全保护子系统.在控制结构上分成3层结构:交互监控层、协调规划层及执行控制层.设计了一个由5个模块和2个数据库组成的人机交互结构,阐述了基于任务的操作者与机器人之间的人机共享控制结构,并研究了多层操作的安全机制,完成了时延情况下异地的操作者在Intemet上协调控制两个机器人共同完成一项作业任务的集成系统.
【总页数】6页(P47-52)
【作者】赵杰;闫继宏;蔡鹤皋
【作者单位】哈尔滨工业大学机器人研究所,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学机器人研究所,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学机器人研究所,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TP24
【相关文献】
1.基于INTERNET的多机器人遥控操作系统 [J], 李连清
2.基于Internet多机器人遥操作系统的研究 [J], 赵杰;闫继宏;朱延河;高胜;高永生
3.基于Internet多机器人遥操作采用协调控制器的协作控制研究 [J], 闫继宏;赵杰;朱延河;蔡鹤皋
4.基于虚拟向导的多操作者多机器人遥操作系统 [J], 赵杰;高胜;闫继宏;高永生;蔡鹤皋
5.基于Internet的绘图机的网络遥操作系统设计 [J], 李东京;徐骁;杨钊;吴明松因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

一种基于Internet的遥操作机器人rn系统——Telerobot

一种基于Internet的遥操作机器人rn系统——Telerobot 赵明国;赵杰;崔泽;蔡鹤皋【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2001(033)001【摘要】Presents the experimental Internet-based telerobotics developed using Internet Server and Robot Server architecture through the development of Internet and teleoperation technology， and thePUMA562 robot controllable from anywhere to pick up, move and place blocks with web browser.%随着Internet的广泛应用和遥操作技术的发展，通过Internet控制异地的硬件设备已成为可能. 采用由Internet服务器和机器人服务器构成的两层服务器结构建立了一个基于Internet的遥操作机器人系统. 该系统允许任何地方的使用者通过web浏览器对一台PUMA562机器人进行控制，完成抓取、搬运与堆放操作.【总页数】5页(P8-12)【作者】赵明国;赵杰;崔泽;蔡鹤皋【作者单位】哈尔滨工业大学机器人研究所,;哈尔滨工业大学机器人研究所,;哈尔滨工业大学机器人研究所,;哈尔滨工业大学机器人研究所,【正文语种】中文【中图分类】TP249【相关文献】1.基于Internet的遥操作机器人系统的鲁棒控制 [J], 樊继东;陈启宏2.基于Internet的力觉临场感遥操作机器人系统设计 [J], 陈启宏;刘莉;费树岷3.一种适用于LAN及rn中高速Internet接入的PON系统 [J], 冯先成;韵湘;胡煌球4.基于Internet力觉临场感遥操作机器人系统的研究 [J], 郭晓波;宋爱国5.Internet环境下遥操作机器人系统的无源控制研究 [J], 李国栋;纪磊;刘向杰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。