机器人分布式控制系统设计与实现

合集下载

《机器人的控制系统》课件

自主导航
通过路径规划和导航算法，实现无人机的自主飞行和自动巡航。
THANKS
功能
机器人控制系统的主要功能包括感知、决策、执行和反馈，使机器人能够自主或半自主地完成复杂任务。
机器人控制系统的组成与分类
组成
机器人控制系统通常由感知系统、决策系统、执行系统和反馈系统等组成。
分类
根据控制方式和结构，机器人控制系统可分为集中式、分布式和混合式控制系统。
机器人控制系统的历史与发展
历史
机器人控制系统的发展可以追溯到20世纪50年代，随着计算机技术、传感器技术和算法的发展，机器人控制系统的性能和功能不断得到提升。
发展
未来机器人控制系统的发展将更加注重智能化、自主化和协同化，同时随着技术的进步，机器人控制系统将更加广泛地应用于各个领域。
02
机器人感知系统
感知系统的组成与功能
《机器人的控制系统》ppt课件
$number {01}
目录
• 机器人控制系统概述 • 机器人感知系统 • 机器人运动控制系统 • 机器人智能决策系统 • 机器人控制系统实例分析
01
机器人控制系统概述
机器人控制系统的定义与功能
定义
机器人控制系统是用于指导机器人完成预设任务的一系列软硬件设备和算法。
组成
智能决策系统由感知、决策和执行三个部分组成。感知部分负责收集环境信息，决策部分根据感知信息进行决策，执行部分则根据决策结果控制机器人行动。
功能
智能决策系统的主要功能是使机器人能够自主地适应环境变化，进行有效的任务规划和行动决策，提高机器人的自主性和智能化水平。
决策算法与实现
决策算法
感知系统的组成

机器人控制系统设计(毕业设计)文献综述

(2)控制系统的硬件结构通过小组初步讨论决定控制计算机使用研华的主机，运动控制卡选用ADT（深圳众为兴），电机选用伺服电机。

(3)控制系统的软件部分主要采用VC进行编程，构建一个控制系统平台，在程序中给定坐标后，实现机械手从一点移动到另一点进行上下料的搬运工作。

之所以使用VC，一方面，ADT 的运动控制卡支持VC进行编程，另一方面，使用VC进行编程比较灵活，易于改进和变化。

(4)电路图部分根据所选的硬件设备，使用Protel进行绘制。

三、作者已进行的准备及资料收集情况在设计之前，翻阅了多篇关于机器人方面的书籍。

对于控制系统的发展及其在机器人上的应用都有了相关的了解，这为建立机器人控制系统的模型做了一些前期准备工作。

在此期间，还自学Protel和Solidworks等软件，为控制系统的电路设计和程序设计做好了准备。

还借了《单片机基础》、《48小时精通Solidworks2014》、《工业机器人》等书籍便于今后设计过程翻阅参考。

四、阶段性计划及预期研究成果1.阶段性计划第1周：阅读相关文献（中文≥10篇，英文≥1篇），提交文献目录及摘要。

第2周：翻译有关中英文文献，完成文献综述、外文翻译，提交外文翻译、文献综述。

第3~6周：控制系统总体设计，提交设计结果。

第7~11周：硬件元器件的选型、I/O口接线图，提交设计结果第,12~14周：软件编程，装配图。

第15周：工程图绘制，工程图。

第16周撰写毕业设计说明书，提交论文，准备答辩。

2.预期的研究成果(1)通过该课题的完成，能让自己对控制系统的开发设计及应用有全面的了解，增强对控制系统的设计能力。

(2)通过该课题的完成，综合考虑无负载条件和有负载条件下的工况要求，通过减少扰动误差来提高系统精度。

五、参考文献1．刘文波，陈白宁，段智敏编著,工业机器人. 东北大学出版社, 2007.12.2．王承义著, 机械手及其应用.机械工业出版社, 1981(TP241/2).3．(苏)尤列维奇著, 新时代出版社,机器人和机械手控制系统. 1985(TP24/1). 4．机械结构《工业机械手》编写组编,工业机械手.上册, 上海科学技术出版社, 1978( TP241/1:1)5．王淑英.电气控制与PLC的应用. 机械工业出版社，2007.6．张奇志,周亚丽编著. 机器人学简明教程. 西安电子科技大学出版社,2013.04(TP242/103)7. Saeed B. Niku著. 机器人学导论:分析、控制及应用:analysis, control, applications (美). 电子工业出版社, 2013(TP24/36).8. 布鲁诺·西西利亚诺, (美) 欧沙玛·哈提卜编辑. 机器人手册(意). 机械工业出版社,2013 (TP242-62/1)9.金广业编译.工业机器人与控制.东北大学出版社,1991.310.周伯英编著.工业机器人设计.机械工业出版社,199511.(俄)索罗门采夫主编.工业机器人图册.机械工业出版社,1993.512. A. Mohammadia, n, M. Tavakoli b, nn, H. J. Marquez b, F. Hashemzadehb.Nonlinear disturbance observer design for robotic manipulators. Control Engineering Practice 21 (2013) 253–267六、指导教师审阅意见签名年月日。

人形机器人的控制系统设计与实现

人形机器人的控制系统设计与实现近年来，随着科技的不断进步和人工智能技术的发展，人形机器人逐渐被广泛应用于工业、服务和医疗等领域。

而对于人形机器人的控制系统设计和实现，也成为了相关领域的重要课题之一。

一、人形机器人的控制系统设计要求首先，人形机器人的控制系统要具备高度的稳定性和精度，能够有效地实现各个自由度的控制。

此外，还需要考虑到机器人的运动速度、运动范围和运动模式等方面，以实现更加灵活和高效的工作效果。

其次，人形机器人的控制系统还需要具备较强的自主智能和学习能力，能够对外部环境和任务变化做出及时的反应和调整。

此外，对于一些需要更高精度和实时性的任务，还需要人形机器人具备较高的控制信号处理和响应速度。

最后，人形机器人的控制系统在设计时还应考虑到复杂的机械结构、传动机构和传感器的接入方式等问题，以实现较高的运动精度和控制精度，并确保安全性和可靠性。

二、人形机器人的控制系统实现方法在实际应用中，人形机器人的控制系统通常采用多层次控制结构实现，包括感知层、运动控制层和高层决策层等。

其中，感知层主要用于获取机器人所处环境和自身状态等信息，包括传感器和摄像头等；运动控制层主要用于实现机器人各自由度的运动控制，包括执行机构和电机驱动等；高层决策层主要用于实现机器人的自主决策和任务规划，包括人工智能和机器学习等。

在实际控制过程中，人形机器人的控制系统通常采用开放式控制系统（OCS）或封闭式控制系统（CCS）实现。

其中，开放式控制系统主要用于实现人形机器人的自主行为和学习，具有较高的灵活性和智能性；封闭式控制系统主要用于实现特定任务的高精度控制和安全性保障，具有较高的稳定性和可靠性。

在具体实施过程中，人形机器人的控制系统还需要结合具体的应用领域和任务需求，选择合适的控制算法和模式，包括PID控制、模糊控制、神经网络控制和遗传算法控制等。

三、人形机器人控制系统发展趋势随着人工智能技术和机器学习技术的不断发展和应用，人形机器人控制系统正在向更加智能化和自主化方向发展。

工业机器人典型控制系统及结构

工业机器人典型控制系统及构造摘要：工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个根本局部组成。

主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。

大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进展控制。

关键词：工业机器人控制系统构造体系〔一〕工业机器人控制系统所要到达的功能机器人控制系统是机器人的重要组成局部，用于对操作机的控制，以完成特定的工作任务，其根本功能如下：〔1〕记忆功能：存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息。

〔2〕示教功能：离线编程，在线示教，间接示教。

在线示教包括示教盒和导引示教两种。

〔3〕与外围设备联系功能：输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。

〔4〕坐标设置功能：有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。

〔5〕人机接口：示教盒、操作面板、显示屏。

〔6〕传感器接口：位置检测、视觉、触觉、力觉等。

〔7〕位置伺服功能：机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。

〔8〕故障诊断平安保护功能：运行时系统状态监视、故障状态下的平安保护和故障自诊断。

〔二〕、工业机器人控制系统的组成〔图1〕〔1〕控制计算机：控制系统的调度指挥机构。

一般为微型机、微处理器有32位、64位等，如奔腾系列CPU 以及其他类型CPU。

〔2〕示教盒：示教机器人的工作轨迹和参数设定，以及所有人机交互操作，拥有自己独立的CPU以及存储单元，与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。

〔3〕操作面板：由各种操作按键、状态指示灯构成，只完成根本功能操作。

〔4〕硬盘和软盘存储存：储机器人工作程序的外围存储器。

〔5〕数字和模拟量输入输出：各种状态和控制命令的输入或输出。

〔6〕打印机接口：记录需要输出的各种信息。

〔7〕传感器接口：用于信息的自动检测，实现机器人柔顺控制，一般为力觉、触觉和视觉传感器。

基于CAN总线的轮腿式机器人的分布式控制系统设计

儆持电棚２１第期０年１１
… ’ … … 一一 … ’ … 一一 … … 。。＿一一 … 一 … … ’ … 一一。一 … 一一 … ‘ … 一一一 … 一 … … ・ … ・一 … 一 …
区动制
一… 一… … －－＿ … … ｃ＿／／锣／，ｒ／ … …
基于ＣＮ总线的轮腿式机器人的分布式控制系统设计Ａ
孟凡军，李声晋，刚卢
（北工业大学，西西安７０７）西陕１０２
摘
要：轮腿式机器人系统平台基础上，计了一种基于ＣＮ总线的机器人分布式控制系统。文章详细介在设Ａ
（ｏｈｅｔｒｏｔｃｎｃｌｎｖｒｉ，ｉｎ７０７，ｈａＮｒｗｓｎＰｌｅｈｉｉｓｙＸ１０２Ｃｉ）ｔｅｙａＵｅｔａｎ
ＡｂｔａｔＯｎｔｅｂｓｓｏｅｗｈｅ — ｅｏｏｙｔｍ，ａＣｓｒｃ：ｈａｉｆｔｅｌｌｇｒｂｔｓｓｅｈＡＮ— ａｅｉｔｂｔｄｒｂｔｃｎｒｌｓｓｅｗｓｄｓｇｅ．ｂｓｄｄｓｉｕｅｏｏｏｔｙｔｍａｅｉｎｄｒｏＴｅｈｒｗｒｎｏｔｒｅｉｎｏｅｍａｔｒｃｎｒｌｒａｄｔｅｓｒｏｓａｅｏｔｌｒｗｒｘｌｉｅｎｄｔｉａｄｓｍｅｈａｄａｅａｄｓｆｗａｅｄｓｇｆｔｓｅｏｔｏｌｎｈｅｖｌｖｒｃｎｒｌｓｅｅｅｐａｎｄｉｅａｌｎｏｈｅｏｅ

分布式控制系统(dcs)设计与应用实例

分布式控制系统(dcs)设计与应用实例1. 引言1.1 概述分布式控制系统（DCS）是一种应用于工业自动化领域的控制系统，其设计和应用对工业生产的高效性和可靠性起着重要的作用。

随着技术的不断发展和进步，DCS已经广泛应用于各个领域，如工厂生产线、建筑智能化控制和能源管理系统等。

1.2 文章结构本文将首先对分布式控制系统进行概述，包括其定义与特点以及架构。

然后探讨DCS设计的原则与方法，重点介绍系统模块划分、数据通信机制设计以及容错与安全性设计等方面。

接下来将通过实际案例，详细展示DCS在工业生产自动化、建筑智能化控制和能源管理系统方面的应用实例。

最后，在结论与展望部分对主要观点和发现进行总结，并展望分布式控制系统未来的发展趋势和挑战。

1.3 目的本文旨在深入介绍分布式控制系统的设计原则与方法，并通过实例展示其在不同领域中的广泛应用。

通过阅读本文，读者可以了解到DCS的基本概念、特点和架构，并了解到如何设计一个高效、可靠的分布式控制系统。

同时，对于工业生产自动化、建筑智能化控制和能源管理系统等领域感兴趣的读者，可以通过实例了解到DCS在这些领域中的应用及其所带来的好处和挑战。

最后，本文还将展望分布式控制系统未来的发展趋势，为相关研究者和从业人员提供参考思路。

2. 分布式控制系统概述2.1 定义与特点分布式控制系统（DCS）是一种将控制功能集中在中央处理器上，并通过网络将其连接到各个分散的现场设备的自动化系统。

它通过分布在整个工厂或建筑物内的现场设备，收集和传输数据以实现实时监测和远程操作。

DCS具有以下特点：- 灵活性：DCS可以根据需要进行可扩展和定制，适应不同规模和复杂度的应用。

- 实时性：DCS能够快速响应并传递准确的数据，以确保实时监测和控制。

- 通信能力：DCS利用网络技术实现设备之间的高效通信，使得信息可以即时传递。

- 可靠性：DCS采用冗余设计，确保系统出现故障时仍能正常工作，并提供数据备份和恢复机制。

仿人机器人分布式控制系统设计与实现

点。研究一方面着重于仿人机器人结构上的改进，另一方面进一步研究开发仿人机器人控制系统。控制系统是仿人机器人信息和控制的主体，其设计的好坏决定了仿人机
器人能否实现稳定行走和准确的行为控制【。ｌＪ
踝关节
为了增强仿人机器人控制系统的实时性和稳定性，本文基于智能体的分层控制思想构建了仿人机器人分布式控制系统。它将整个控制系统分为主控层、通信层和执行层，其中，执行层又分为若干个智能体，每个智能体作为通信层上的一个节点，拥有独立的处理器、驱动器和传感器，既增强了执
中分号ｌ２圈类ｔｒＴ２Ａ
仿人机器人分布式控制系统设计与实现
张占，帅芳梅，奠慧
（北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京１０９）０１１
摘要：针对ＢＢＰ１ＨＩ一型双足步行机器人对控制系统的实时性和稳定性要求，设计实现具有３层结构的分布式控制系统，包括基于Ｐ１４Ｃ０
ＺＨＡＮＧＺｈｎｆｎ，ＨＵＡＩＭｅ，ＥＩＨＩａ－ａｇＳｉＷＩｉ
（ｃｏｌｆｔｍａｏｃｅｃｎｌｔｃｌｎｉｅｒｇＢｉａｇＵｉｅｓｙＢｉｎ０１１ＣｉａＳｈｏＡｕｏｔｎＳｉｎｅｄＥｅｒａｇｎｅｉ，ｅｈｎｖｒｉ，ｅｉｇ１０９，ｈｎ）ｏｉａｃｉＥｎｎｔｊ
［ｂｔｃ］ＡｍｉｔｈａｔｅｒｕｅｅｔｆｈｉｄｒｂｔＨＩ—，ｉｐｐｒｅｉｓａｄｒａｚｓａｔｅ— ｙｒｕａｏｂｔＡｓａｔｉｎａｔｒｌｉｅｉｍｎｅｂｅｏＢＢＰＩｔｓａｅｄｓｎｌｅｒｌｅｈｍｉｒｏｒｇｅｅ —ｍｑｒｏｔｐｏｈｇｎｅｉｈｅａｎｄｏ

分布式擦窗机器人控制系统设计_姜龙光

根据试验平台对开放性、实时性和可靠摘要：型擦窗机器人设计了分性的需求，为“ 蓝天洁士－４” 布式控制系统。系统以ＡＲＭ微控制器和ＡＶＲ单片机组成的上下位机构成机器人本体控制器，以ＰＣ机构成机器人监控和规划器。为了兼顾系统的安全性和开放性，在机器人本体控制器的上位机中采／用了基于 μ 在ＰＳＴＯＳ作为开发平台，ＣＣＯ－Ⅱ 的Ｒ机上利用动态链接库封装机器人底层动作和信息查询指令。给出了多任务系统的任务划分规则，利用多线程实现了监控软件，分析了动作线程和查询线程的工作流程。关键词：擦窗机器人；分布式系统；实时操作系／统；ＳＣＯ－Ⅱ μ 中图分类号：Ｐ２４２Ｔ文献标识码：Ａ（）文章编号：２０００００１２５７２０１４７０６８４１－－－：，ＡｂｓｔｒａｃｔＴｏｆｕｌｆｉｌｌｔｈｅｄｅｍａｎｄｆｏｒｏｅｎｎｅｓｓｐ，ｒｅａｌｔｉｍｅａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｔｈｉｓａｅｒｄｅｓｉｎｅｄａｄｉｓ－ｙｐｐｇｔｒｉｂｕｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｓｔｅｍｆｏｒａｌａｓｓｗａｌｌｃｌｅａｎｉｎｙｇｇｒｏｂｏｔ“ ＳｋＣｌｅａｎｅｒＩＶ” ．ＴｈｅｏｎｂｏａｒｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｏｆｙｔｈｅｒｏｂｏｔｗａｓｃｏｎｓｉｓｔｅｄｏｆａｎｕｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄｐｃｏｎＡＲＭｍｉｃｒｏｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄｔｗｏｂｏｔｔｏｍｃｏｎｔｒｏｌ－－ｌｃｅｒｓｂａｓｅｄｏｎＡＶＲｍｉｃｒｏｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ．Ｔｈｅｉｎｔｅｒ－－ｆａｃｅａｎｄｌａｎｎｉｎｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｄｅｓｉｎｅｄｏｎａＰＣ．ｐｇｇ，Ｆｏｒｔｈｅｓａｆｅｔａｎｄｏｅｎｎｅｓｓｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｉｎｔｈｅｙｐ／，ＣＯＩｕｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗａｓｒｕｎｎｉｎｏｎａＲＴＯＳＳＩ－μ －ｐｇａｎｄｔｈｅｒｏｂｏｔａｃｔｉｏｎｓｗｅｒｅａｃｋａｅｄｉｎａＤＤＬｒｕｎ－ｐｇｎｉｎｏｎｔｈｅＰＣ．Ｔｈｅａｅｒｒｅｓｅｎｔｅｄｔｈｅｒｕｌｅｏｆｇｐｐｐ，ｔｈｅｍｕｌｔｉｔａｓｋｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｃｏｎ－ｓｔｒｕｃｔｉｎａｉｎｔｅｒｆａｃｅａｎｄｌａｎｎｅｒｂａｓｅｄｏｎｍｕｌｔｉｇｐｔｈｒｅａｄ．

四足仿生机器人毕业设计

摘要：本毕业设计旨在设计一款具有高度仿生特性的四足仿生机器人。

通过对动物运动机理的研究和分析，结合先进的机器人技术，构建出具备灵活运动、稳定行走以及适应复杂环境能力的机器人系统。

本文详细阐述了机器人的设计理念、结构设计、运动控制算法以及实验验证等方面的内容，旨在为四足仿生机器人的研究和应用提供有益的参考和借鉴。

一、概述随着机器人技术的不断发展，仿生机器人因其能够模拟生物的运动方式和行为特征而受到广泛关注。

四足仿生机器人作为仿生机器人的重要研究领域之一，具有广阔的应用前景，如军事侦察、灾害救援、科学探索等。

设计一款高性能的四足仿生机器人，对于推动机器人技术的发展和应用具有重要意义。

二、机器人设计理念（一）仿生目标本机器人的设计理念是以动物的四足运动方式为蓝本，力求实现机器人在行走、奔跑、攀爬等方面具有与动物相似的运动性能和灵活性。

（二）功能需求机器人具备稳定的行走能力，能够在不同地形上行走自如；具有快速的运动速度和敏捷的动作响应能力，能够适应复杂的环境变化；具备一定的负载能力，能够携带相关设备进行作业。

（三）结构设计原则结构设计遵循轻量化、紧凑化和可扩展性的原则，确保机器人具有良好的机动性和稳定性。

考虑到机器人的可维护性和可更换性，采用模块化的设计结构。

三、机器人结构设计（一）机械结构机器人的机械结构主要包括机身、腿部机构和驱动系统。

机身采用轻质材料制作，具有良好的强度和刚度，能够承受机器人的自重和外部载荷。

腿部机构采用模仿动物腿部的结构设计，包括髋关节、膝关节和踝关节等关节，通过电机驱动实现腿部的运动。

驱动系统包括电机、减速器、编码器等部件，为腿部机构提供动力和精确的运动控制。

（二）传感器系统为了实现机器人的自主运动和环境感知，机器人配备了多种传感器，包括编码器、陀螺仪、加速度计、压力传感器等。

编码器用于测量电机的转角和转速，陀螺仪和加速度计用于检测机器人的姿态和运动状态，压力传感器用于测量机器人腿部与地面的接触力。

机器人操作系统的架构与实现

机器人操作系统的架构与实现在当今科技飞速发展的时代，机器人已经成为了我们生活和工作中不可或缺的一部分。

从工业生产中的自动化装配线，到家庭服务中的智能扫地机器人，再到医疗领域的手术机器人，机器人的应用场景越来越广泛。

而要让机器人能够高效、稳定地运行，一个强大而灵活的操作系统是至关重要的。

机器人操作系统（Robot Operating System，简称 ROS）就像是机器人的“大脑”，负责管理和协调机器人的各种硬件和软件组件，使其能够完成复杂的任务。

那么，ROS 的架构是怎样的？又是如何实现的呢？ROS 的架构可以分为三个主要层次：底层硬件驱动层、中间层和上层应用层。

底层硬件驱动层直接与机器人的硬件设备进行交互，包括传感器、执行器等。

这一层的主要任务是将硬件设备的原始数据转换为 ROS 能够理解和处理的格式，并实现对硬件设备的控制。

例如，对于摄像头传感器，底层驱动程序需要将摄像头采集到的图像数据进行编码和封装，然后传递给中间层；对于电机执行器，驱动程序需要接收来自中间层的控制指令，并将其转换为电机能够执行的电信号。

中间层是 ROS 的核心部分，它提供了一系列的功能模块和服务，用于实现机器人的各种基本功能，如消息传递、节点管理、参数配置等。

中间层的一个重要概念是节点（Node），每个节点可以看作是一个独立的功能模块，负责完成特定的任务，比如图像处理、路径规划、运动控制等。

节点之间通过发布（Publish）和订阅（Subscribe）消息的方式进行通信，这种松耦合的通信方式使得系统具有很高的灵活性和可扩展性。

例如，一个负责图像识别的节点可以将识别结果以消息的形式发布出去，而需要使用这个结果的其他节点则可以订阅这个消息。

上层应用层则是基于中间层提供的功能和服务，开发各种具体的机器人应用程序。

这一层的开发者可以专注于实现机器人的具体任务逻辑，而无需关心底层的硬件细节和通信机制。

例如，开发一个能够自主导航的机器人应用，只需要调用中间层提供的路径规划和运动控制功能，并根据实际需求进行整合和优化。

基于ROS的机器人控制系统设计与实现

基于ROS的机器人控制系统设计与实现机器人已经成为了现代工业、军事、服务等领域不可缺少的一部分，随着其应用范围越来越广泛，对机器人控制系统的技术要求也越来越高。

当前，ROS（Robot Operating System）被广泛应用于机器人控制系统的开发和实现，本文将介绍基于ROS的机器人控制系统的设计和实现。

ROS介绍ROS是一个开源的、底层模块化的、分布式的机器人操作系统。

ROS提供了一套底层的机器人操作系统和一系列支持工具、库和驱动程序。

通过ROS，用户可以简单地编写机器人相关的应用程序，并可以通过ROS的多重实现方式轻松实现机器人的开发、集成和测试。

ROS的设计理念是基于发布/订阅机制和服务/客户端机制，即用户可以通过发布/订阅机制来传输消息和数据，通过服务/客户端机制来传输请求和响应。

这种设计使得ROS具有高度的灵活性和可扩展性，能够支持多种底层硬件和传感器，以及多种机器人操作和控制。

ROS的机器人控制系统设计基于ROS的机器人控制系统设计需要考虑下列几个方面。

一、硬件平台的选择机器人控制系统的硬件平台包括机器人的底盘、传动、电机等，需要依据机器人的应用场景进行选择。

常见的机器人控制硬件平台有Turtlebot、Robotic Arm等，用户可以根据需求选择合适的硬件平台。

二、机器人控制系统架构设计机器人控制系统架构设计需要考虑机器人的功能需求和ROS的分布式服务体系。

ROS节点是实现ROS机器人的主要组成部分，它们能够通过ROS通信协议进行数据和消息传输。

因此，设计架构时需要充分考虑ROS节点的分布式特性，将各个节点进行适当的分离，实现节点的互联。

三、编程语言和工具选择ROS支持多种编程语言和工具，常用的编程语言有C++、Python等，常用的工具有ROS Command Line Tools、Rviz、Gazebo等。

选择编程语言和工具需要根据自身需求、开发经验和可支持的平台进行选择。

机器人的控制系统(PPT163页)

一、机器人控制系统的结构
图5-5 分散控制方式的控制框图
一、机器人控制系统的结构
两级分布式控制系统通常由上位机、下位机和网络组成。上位机可以进行不同的轨迹规划和算法控制，下位机用于进行插补细分、控制优化等。上位机和下位机通过通信总线相互协调工作。这里的通信总线可以是RS 232、RS 485、EEE 488及USB总线等形式。现在，以太网和现场总线技术的发展为机器人提供了更快速、稳定、有效的通信服务，尤其是现场总线。现场总线应用于生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向多结点数字通信，从而形成了新型的网络集成式全分布控制系统——现场总线控制系统(fieldbus control system， FCS)。在工厂生产网络中，将可以通过现场总线连接的设备统称为现场设备/仪表。从系统论的角度来说，工业机器人作为工厂的生产设备之一，也可以归纳为现场设备。在机器人系统中引入现场总线技术后，更有利于机器人在工业生产环境中的集成。
学习单元一机器人的控制系统概述
一、机器人控制系统的特点
多数机器人的结构是一个空间开链结构，各个关节的运动是相互独立的，为了实现机器人末端执行器的运动，需要多关节协调运动，因此，机器人控制系统与普通的控制系统比较，要复杂一些。具体来讲，机器人控制系统主要具有以下特点。
(1)机器人控制系统是一个多变量控制系统，即使简单的工业机器人也有3～5个自由度，比较复杂的机器人有十几个自由度，甚至几十个自由度，每个自由度一般包含一个伺服机构，多个独立的伺服系统必须有机地协调起来。例如，机器人的手部运动是所有关节的合成运动，要使手部按照一定的轨迹运动，就必须控制各关节协调运动，包括运动轨迹、动作时序等多方面的协调。
二、机器人控制系统的组成

机器人操作系统ROS架构设计与实现

机器人操作系统ROS架构设计与实现随着机器人技术的发展，机器人操作系统ROS 成为了一个备受关注的话题。

ROS (Robot Operating System)是一个开源、灵活、分布式的机器人操作系统，它是一个用于构建机器人软件的框架，提供了诸如硬件抽象层、驱动程序、库、可视化工具、消息传递等功能。

ROS 的设计思想是基于节点 (Node) 和主题 (Topic) 的。

节点是用于执行特定的任务的一个进程，而主题则可以理解为节点之间传递数据的通道。

因此，ROS 与其他传统的操作系统不同之处在于，它不是一个完整的操作系统，而是一个基于现有操作系统构建的软件框架。

下面我们将从ROS 的架构、通信机制、节点、主题以及消息等方面来具体介绍ROS。

1.ROS 的架构设计ROS 被设计为一个分布式系统，可以跨越多台计算机进行操作。

ROS 的架构由许多独立的节点组成，这些节点可以通过网络来进行通信。

ROS 系统的核心是ROSmaster, 它为所有的节点协调通信。

ROSmaster 是ROS 节点的注册和发现机制，节点在启动时将自己的信息注册到ROSmaster 中，之后其他节点就可以通过ROSmaster 来找到所需的节点。

ROS 架构中还有一些核心概念，如节点、主题、服务、参数等，下面我们将分别讲述。

2.ROS 通信机制ROS 中的通信机制采用的是基于发布/订阅模式的消息传递机制。

一个节点可以发布一个消息到一个主题，另一个节点可以订阅该主题以接收该消息。

这种机制可以使节点之间实现松散耦合。

3.ROS 节点ROS 中的节点是一个精细而集中的控制单元，ROS 节点负责执行特定的任务。

ROS 节点通常包括发送和接收消息、订阅主题和发布主题这些操作。

节点还可以处理一些来自传感器或执行器的数据。

4.主题ROS 中的主题是节点之间传递数据的通道。

主题的名称可以是任意的字符串。

一个节点可以发布一个主题并给它命名，其他节点可以通过该名称来订阅该主题，从而接收到该主题中的消息。

分布式机器人协作任务分配与路径规划算法研究

分布式机器人协作任务分配与路径规划算法研究近年来，随着机器人技术的迅猛发展，机器人在各个领域中的应用越来越广泛。

而随着任务的复杂性和规模的增加，单一机器人已经无法满足实际应用的需求，因此分布式机器人协作系统应运而生。

在分布式机器人协作系统中，如何合理地分配任务并规划机器人的路径成为了一个关键问题，本文将对分布式机器人协作任务分配与路径规划算法进行研究。

1. 任务分配算法任务分配是分布式机器人协作系统中十分关键的一环，合理的任务分配可以使得整个系统能够高效地完成任务。

在任务分配过程中，需要考虑以下几个方面的因素：机器人的性能和特点、任务的紧急程度、机器人之间的通信开销等。

一种常见的任务分配算法是基于贪心策略的方法，即每次将任务分给最适合的机器人。

这种方法的优点是简单高效，但是在任务分配过程中缺乏全局观，可能会导致任务分配不够均衡。

为了解决这个问题，可以引入博弈论的思想，在任务分配过程中考虑机器人之间的合作和竞争关系，进一步优化任务分配的结果。

另一种任务分配算法是基于任务拍卖的方法。

这种方法模拟了现实世界中的拍卖行为，每个机器人按照自己的能力和收益预期参与竞拍任务。

竞拍结束后，将任务分配给竞拍出最高价格的机器人。

这种方法可以考虑机器人之间的合作关系和个体收益，能够得到较为理想的任务分配结果。

2. 路径规划算法在任务分配完成后，机器人需要规划自己的路径以完成所分配的任务。

路径规划算法需要考虑以下几个因素：机器人之间的碰撞避免、路径的最优性、任务完成时间等。

传统的路径规划算法可以使用A*算法、Dijkstra算法等，这些算法通过搜寻空间中的路径来找到最优的路径。

然而，在分布式机器人协作系统中，路径规划算法需要考虑多个机器人之间的碰撞避免。

因此，可以使用基于冲突图的路径规划算法，该算法将机器人之间的碰撞问题转化为图的节点冲突问题，从而找到避免碰撞的最优路径。

另一种路径规划算法是基于人工势场的方法，该方法通过在空间中引入势场，使机器人朝着目标移动，并避免与其他机器人或障碍物发生碰撞。

分布式机器人系统的设计与实现

分布式机器人系统的设计与实现随着智能化时代的到来，机器人成为了一个全新的话题。

现如今，随着科技的发展，越来越多的人工智能技术被应用到机器人中，助力机器人能够自主地完成复杂的任务。

分布式机器人系统是机器人领域发展的一大趋势，其设计和实现也备受重视。

一、什么是分布式机器人系统分布式机器人系统是由多个机器人组成的系统，这些机器人之间协同工作，以实现一个特定目标。

这个目标可以是在自动化工厂中生产和组装，也可以是在卫星上进行科学探索，等等。

由于分布式机器人系统中的机器人数量庞大，个体相对简单，因此它的设计和实现需要涉及到分布式算法、协同控制、自主决策等方面。

二、分布式机器人系统的组成部分分布式机器人系统的主要组成部分包括传感器、执行器、通信模块、控制器、计算机等。

其中，传感器用于检测环境、获取任务系统的反馈信息；执行器负责机器人的移动和操作；通信模块用于机器人之间的数据交换和控制信息传递；控制器则用于控制机器人的移动和操作；计算机则负责处理机器人的算法和数据，以及对机器人进行控制和监督。

三、分布式机器人系统的设计原则分布式机器人系统的设计需要考虑以下原则：1.可扩展性：分布式机器人系统中的机器人数量可能会随着任务需求的增加而增加，因此系统需要具有良好的可扩展性，可以方便地加入新的机器人。

2.透明性：透明性是指分布式机器人系统中的机器人之间应该互相协作，与用户和环境更好的交互，使用户看到一个大的机器人群体，而不是一个个单独的机器人。

3.容错性：分布式机器人系统可能会出现一些故障和错误，因此系统需要具有良好的容错性，以保证系统的鲁棒性和实时性。

4.安全性：随着机器人应用范围的逐渐扩大，安全问题越来越受到重视。

因此，分布式机器人系统的设计需要考虑到安全性，避免发生安全事故。

四、分布式机器人系统的实现分布式机器人系统的实现主要涉及到机器人的通信、协议、控制、算法等方面。

具体来讲，分布式机器人系统的实现需要考虑以下几个方面：1.机器人通信：分布式机器人系统的机器人之间需要进行信息交换和控制指令传递，因此必须要实现通信功能，包括有线通信和无线通信两种方式。

机器人操作系统的分布式控制研究

机器人操作系统的分布式控制研究机器人操作系统（ROS）是一个开源的，适用于机器人领域的，基于Linux的软件平台。

ROS极大地推动了机器人技术的发展，使得机器人领域中的算法开发和物理实验变得更加容易和简单，也促进了机器人操作系统的学术研究。

分布式控制则是ROS研究的重点之一，本文将深入探讨机器人操作系统的分布式控制研究。

一、ROS分布式控制的基本概念分布式控制是指在机器人系统中使用多台计算机，将任务划分到不同的机器人节点上，实现分布式的协作和控制。

在ROS分布式控制中，每一个节点都可以相互通信，完成特定的任务。

这种分布式控制模式能够充分利用多台计算机的性能，提高机器人的工作效率。

二、ROS分布式控制的优势相比于单机器人控制，ROS分布式控制显然有着更加优秀的性能和可扩展性。

在分布式控制模式下，节点之间可以轻松通信，实现协同完成任务。

同时，分布式控制也保障了机器人系统的稳定性，单点故障将不会影响整个系统的运行。

此外，ROS的开源性质也为分布式控制的发展提供了极大的便利。

三、ROS分布式控制的关键技术为了实现ROS的分布式控制，我们需要掌握以下关键技术：1.通信协议：ROS中使用的通信协议主要是XML Remote Procedure Calls（XMLRPC）和TCPROS。

XMLRPC是基于XML语言的RPC协议，可以实现跨网络的通信。

TCPROS则是ROS自己的协议，适用于机器人系统内的节点通信。

2.节点管理：在分布式控制模式下，需要有一个节点管理器，用于协调运行在不同计算机上的节点之间的通信。

ROS的节点管理器名称为"roscore"，需要先启动它，才能启动其他节点。

3.节点间通信：在ROS的分布式控制模式下，节点之间的通信使用ROS提供的“消息”机制。

每一个节点都有自己的话题和服务，其他节点可以向话题发送消息，或者调用服务实现通信。

四、ROS分布式控制的应用场景ROS分布式控制在机器人领域中有着广泛的应用。

移动机器人控制系统设计

移动机器人控制系统设计摘要：当今社会，移动机器人在各种应用领域得到了广泛的应用，但实际使用中的控制系统存在各种问题。

本文提出了一种用于移动机器人控制的新型系统设计，旨在解决现有控制系统存在的问题。

具体而言，本文设计了一种基于机器学习的控制算法，用于提高机器人的导航和自适应能力。

此外，本文还引入了一种基于传感器网络的实时控制系统，用于优化机器人的控制效率，提高运动精度和稳定性。

实验结果表明，所提出的控制系统设计能够有效地提高移动机器人的控制性能和智能化水平。

关键词：移动机器人、控制系统、机器学习、传感器网络、导航、自适应、控制效率、运动精度、稳定性正文：移动机器人控制系统是现代机器人技术的重要组成部分。

在各个应用领域，如制造业、卫生保健、物流、农业等，移动机器人都扮演着不可或缺的角色。

目前，移动机器人控制系统中存在着一些问题，如导航能力不足、运动精度不高、稳定性差、控制效率低等。

为了解决这些问题，本文提出了一种新型的移动机器人控制系统设计。

首先，本文提出了一种基于机器学习的控制算法。

该算法采用强化学习方法，实现机器人的自主导航和自适应能力。

在实际应用中，机器人会遇到各种挑战和障碍，例如复杂的地形、突然的障碍物等等。

此时，基于机器学习的控制算法能够让机器人不断地学习和调整自己的导航策略，并据此提高机器人的导航能力和运动智能化水平。

其次，本文引入了一种基于传感器网络的实时控制系统，以优化机器人的运动效率。

该系统采用多个传感器节点对机器人运动情况进行实时监测，以获得更准确、更细致的机器人运动数据。

同时，传感器网络还能实现对机器人的协同控制，从而提高机器人的运动精度和稳定性。

最后，本文进行了一系列实验验证，结果表明所提出的移动机器人控制系统设计能够显著提高机器人的控制性能和智能化水平。

这种控制系统设计有着广泛的应用前景，可以被运用到各种移动机器人系统中，如AGV、UAV、智能家居机器人等等。

在本文提出的移动机器人控制系统设计中，机器学习是其中最关键的部分。

模块化可重构机器人分布式控制系统的设计与实现

ＡＲＭ芯片和高速、高可靠、低价格的新一代增强型单时钟／机器周期的ＳＣ单片机，应用简单通用的ＴＲｓ２２一３总线技术构建了性价比很高的模块化可重构机器人的分布式控制系统，有效地实现了机器人的运ｔ
动控制。详细地介绍了控制系统的硬件构成，件体系以及系统的工作原理。软ｉ
ｒａｅｎｏｔｏｎｖｍｅｔｃｎｒｌｉｓ
．
ｅｃｎｌｐｅｅｔ．ｈｏｐｓｇｏｈｄａｅｔｅｓｕｔｒｏ，Ｗｅａｄｔｅｐｉ－；ｆｉｔｉｌｍｎｅＴｅｃｍｏｉａｗｒ，ｈｔｃｕｅｆＳａｎｒｉｆｅｙｍｄｎｆｒｒＯｒｈｎ
关键词：模块化可重构机器人；分布式控制系统；ＲＳＣ单片机；Ｓ２２ＡＭ；ＴＲ一３
【ｓａｔｅｅｒｈｏｄｌｃｎｇｒｂｅｒｂｔｘｅｌｔｅａｐｉｔｎｅｏｏｔｉｃｓＡｂｔｃ】ＲｓａｃｎＭｏｕａｒｏｆｕａｌｏｏｅｐｒｓｈｐｌａｉｆｌｏｂｔｈｓａｅｒｒｅｉｗｃｏｉｄｆｒ．
维普资讯
第５期
２ｏ０７年５月
机械设计与制造
ＭａｈｎｒＤｅｉｎｃｉｅｙｓｇ＆Ｍａｕａｔｒｎｆｃｕｅ一９一５
一ｑ — ９７２０）５０９ — ３数控与自动化一ｄｑ４ｑ、Ｊｑ文章编号：０１３９（０７０ — ０５０１０
，
ｒｂＰｕＰ
ｂＰ
模块化可重构机器人分布式控制系统的设计与实现

分布式网络机器人的设计与实现

人客户结点提供统一的数据服务，降低了网络机器人爬行客户端对网络环境的依赖性设计了分布式爬行所需的均衡负载、ＲＵＬ队列操纵和网页消重等算法，实现了分布式网络机器人软件原型。实验结果表明，该原型的性能明显优于单机模式
（．Ｓｈｏｆｏｔｒ，ＥｓｈｎｉｏｏｇＵｎｖｒｉ，Ｎａｃａｇ３０１，Ｃｈｎ；１ｃｏｌＳｆｅａｔｉａＪａｔｎｉｅｓｙｏｗａＣｔｎｈｎ３０３ｉａ
２ｃｏｌｆｎｏｍａｏｎｉｅｒｇＥｓＣｉａｔｎｉｒｉ，Ｎａｃａｇ３０１，Ｃｉａ．ＳｈｏｏＩｆｒｔｎＥｇｎｅｉ，ａｔｈｎＪｏｏｇｖｓｉｎａｉＵｎｅｔｙｎｈｎ３０３ｈｎ）
Ｄｅｉｎａｄｉｌｍｅｔｔｎｏｉｔｂｔｄｓｉｅｓｅｓｇｎｍｐｅｎａｉｆｓｉｕｅｐｄｒｓｔｍｏｄｒｙ
ＬＩａｇｌ，ＺＨＡＮＧｎ — ｉ２Ｇｕｎ —ｉＨｏｇｂｎＬＩＪｅｆ，Ｕｕ —ｕ
摘要：了改善网络机器人的爬行性能以及提高系统体系结构的通用性，出了基于ＷｅＳｒｉｅ的新型分布式网络机器为提ｂｅｖｃ人体系架构。分析了分布式网络机器人软件中的关键数据操作，并将这些功能封装在Ｗｅｃｖｃ，于ＷｅｂＳｒｉｅ中基ｂ向网络机器
计算机工程与设计ＣｍｕｒｎｉｅｎｄｅｇｏｐｔｇｅｒｇｎｓｎｅＥｎｉａＤｉ

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

机器人分布式控制系统设计与实现
1引言
目前,机器人系统的特点是开放式机器人控制,强调结构化、模块化、
可扩展性、交互性,是对机器人设计结构单一、信息封闭、缺少交互性缺点的突破。

分层分布式控制系统采用集中管理，分散控制方式，这种控制方法优点体
现在：集中监控和管理，管理和现场分离，管理更加综合化和系统化；实现分
散控制可使各功能模块的设计、装配、调试以及维护相互独立，系统控制的危
险性分散，可靠性提高，投资减小；采用网络通信技术，可根据需要增加以微
处理器为核心的功能模块，具有良好的系统开放性、扩展性和升级特性。

本论文详细介绍了一种分层分布式控制系统的设计方案，系统由上到下分
为主控中心决策层、车载PC运算层、下位机驱动子层以及位置反馈子层。

主
控中心决策层是系统的主层，可以是台式机或笔记本电脑，基于VC++编译环
境设计的人机交互界面，满足友好、便于操作的要求，主控中心决策层的功能
是总体规划和分配任务，对机器人进行远程监控；车载PC运算层为一台笔记
本电脑，基于VC++编译环境设计了控制界面，通过无线网卡与主控中心决策
层进行数据传输，采用面向连接可靠的TCP传输控制协议，保证数据传输的可
靠性；下位机驱动子层和位置反馈子层是相互独立的功能模块，与车载PC运
算层之间通过串口进行通信；下位机驱动子层是一个完整的直流电
机闭环控制系统，包括CPU、控制芯片、驱动芯片以及增量式光电编码器；位置反馈子层通过CPU的I/O口和中断得到机器人车轮轴转角信息，结合机器
人机械系统的实际尺寸计算机器人中心的实际位置信息，处理好的位置信息通
过串口反馈给车载PC运算层。

该控制系统应用在国家自然科学基金资助项目
和国家重点基础研究发展计划973项目的移动机器人平台上，运动控制测试结
果表明，分层分布式控制方式控制精度高，稳定性好，系统响应迅速；同时该
控制系统具有超强的计算能力和二次开发潜力，根据项目研究需要可在各个子
层进行分布式扩展，比如在下位机驱动子层和位置反馈子层的同级层中扩展传
感器功能子层，增加机器人的智能。

该控制系统为项目的实验工作奠定基础。

2分层分布式控制系统设计
1. 基于VC++的主控中心决策层设计
主控中心决策层的作用是总体规划和分配任务，对机器人进行远程监控。

基于VC++编译环境，采用模块化方法对人机交互系统进行设计，分为网络数
据传输模块、运动参数输入模块、轨迹显示模块、视觉监控模块。

如图
图一分布式控制系统总体模式
2. 基于VC++的车载PC运算层设计
车载PC运算层有两种模式，分别为接收模式和独立运行模式。

接收模式的功能是接收来自主控中心决策层的任务，根据任务以及机器人周围环境信息进行路径规划，把规划的路径分解成下位机驱动子层能够识别的子任务，通过串口把子任务传给下位机驱动子层；独立运行模式不依赖主控中心决策层而进行工作，有独立的运动参数输入模块，对下位机驱动子层进行控制。

车载PC 运算层基于VC++编译环境，采用模块化方法进行设计，分为网络数据传输模块、运动参数输入模块、视觉信息处理模块、路径规划模块、串口传输模块、轨迹显示模块。

图二车载PC运算层界面
3. 基于单片机的下位机驱动子层和位置反馈子层设计
下位机驱动子层和位置反馈层集成在一块机器人底层控制板上， CPU都选用STC89C516RD+高性能芯片，开发成本低，性能可靠。

下位机驱动子层的功能是通过串口接收来自车载PC的运动任务，CPU通过I/O口与控制芯片
LM629通信。

机器人电机位置信息通过光电编码器反馈到控制芯片LM629上，形成闭环控制系统；驱动芯片选用两路全桥驱动芯片LMD18200，分别驱。

动
两台直流电机，为机器人机械子系统提供动力。

该芯片内部集成了4个DMOS 管，组成一个标准的H型驱动桥。

位置反馈子层通过CPU的I/O口和中断得到机器人车轮轴转角信息，结合
机器人机械系统的实际尺寸计算机器人中心的实际位置信息，处理好的位置信
息通过串口反馈给车载PC运算层。

3运动控制测试
该控制系统应用在国家自然科学基金资助项目和国家重点基础研究发展计
划973项目的移动机器人平台上，选择具有代表性的方波运动进行性能测试，
两个周期，每段长度为500mm。

从图5中可以看出，机器人理论轨迹与实际运动轨迹符合程度是很高的，实际目标(2001,-5,357.6)，理论目标(2000,0,0)，误差为(1,-5,-2.7),其中，括号中前两个值单位为mm，最后一个值的单位是角度。

以上测试结果表明，控制系统精度高；系统响应迅速，运动状态切换灵活。

4结论
(1)针对两轮差速驱动移动机器人设计了一种分层分布式控制系统；
(2)通过性能测试，表明分层分布式控制方式控制精度高，稳定性好，系统
响应迅速；果适当再增加曲线控制点则可规划出避障路径。

此外，该方法还使
机器人移动路径体现出平滑曲线的优美。

项目经济效益：研究成果能广泛用于机器人路径规划以及运动控制等方面，有效地提高了机器人的工作效率。