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基于WEB的机器人遥操作及其运动仿真的研究

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目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2网络遥操作机器人的研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3机器人遥操作相关领域的主要研究方向及其应用前景

1.3.1研究方向

1.3.2应用前景

1.4本课题任务和研究内容

1.4.1课题任务

1.4.2研究内容

第二章基于WEB的机器人遥操作系统总体结构设计

2.1系统功能分析

2.1.1系统功能需求

2.1.2构建系统的关键问题

2.2系统总体结构设计

2.3本章小结

第三章机器人建模与控制

3.1机器人建模

3.1.1三自由度机器人结构

3.1.2机器人运动学建模

3.1.3杆件的速度和加速度分析

3.2机器人运动控制

3.2.1控制原理及参数设定

3.2.2控制的编程实现

3.3本章小结

第四章基于WEB的机器人远程控制系统设计

4.1基于WEB远程控制技术的分析与选择

4.1.1相关技术方案

4.1.2几种方案的比较与选择

4.2基于.NET Remoting技术的远程控制系统

4.2.1机器人远程控制系统体系结构

4.2.2具体实施步骤

4.3本章小结

第五章基于WEB的机器人虚拟仿真系统设计

5.1机器人虚拟仿真的意义及研究方向

5.1.1机器人虚拟仿真的意义

5.1.2研究方向及相关技术

5.2机器人虚拟仿真系统设计

5.2.1虚拟仿真系统结构

5.2.2虚拟仿真技术的选择

5.2.3具体实施步骤

5.3虚拟仿真组件与远程控制组件在服务层的交互

5.4遥操作系统功能的实现

5.4.1预测控制

5.4.2预显示控制

5.5本章小结

第六章机器人的路径规划

6.1路径规划概述

6.2相关的研究内容及研究方向

6.2.1环境建模的若干方法

6.2.2搜索路径的几种策略

6.3基于栅格蚁群算法的机器人全局路径规划

6.3.1基本原理与问题定义

6.3.2路径规划的实施

6.3.3扩展与展望

6.4本章小结

第七章WEB应用程序实验

7.1实验的软硬件环境

7.1.1硬件环境

7.1.2软件环境

7.2实验过程

7.3本章小结

第八章结论与展望

8.1课题结论

8.2课题展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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摘要

随着机器人技术的飞速发展,机器人技术除了在工业、军事上应用,也开始被广泛应用在人类的日常生活中。如何更加方便、快捷、廉价的控制机器人,就成为机器人技术的一个突出问题。当今因特网已成为与人类生活密切相关的信息平台,将它加入到机器人的研究和开发中已成为解决该问题的捷径。基于Web的机器人遥操作允许人们通过WEB终端对其进行控制和监视,具有通信线路价格低廉、可移植性和互用性良好等优点,但同时也对机器人控制提出了一些新问题和研究内容。 本文首先分析了机器人遥操作的特点,以及基于Web的网络通讯方式给遥操作系统带来的影响,提出了基于Web的机器人遥操作系统需要具备的几个主要功能,并结合遥操作预测/预显示控制策略,设计了基于B/S的三层系统结构模型。 接着,以三自由度机器人为例,分析了它的结构特点,对其进行了运动学建模,给出了正、逆运动学计算公式;针对远程控制的要求和特点,采用“PC+PMAC+伺服系统”的方式对其进行运动控制:研究了PMAC卡的运行参数并进行了优化设置;编写了“PMAC运动程序”,结合C#调用PMAC功能函数库,实现了对机器人的编程控制。 远程控制方面,以遥操作系统可靠性及位置精确性为性能指标,针对本系统提出并实验了一些可行性方案,对DCOM技术和.NET Remoting技术方案做了重点分析与比较,最终实现了以.NET Remoting技术为网络基础的机器人远程控制. 虚拟仿真方面,提出了机器人虚拟仿真系统结构,结合VRML三维建模技术进行了运动仿真,并有效的解决了控制环节与仿真环节的信息交互问题,实现了机器人遥操作的预测、预显示和闭环补偿控制。 然后,在分析了几种常用的路径规划策略各自的特点的基础上,以基于栅格的蚁群算法为理论基础,以路径最短为路径优化目标,对机器人手臂端部在二维平面内的避障路径搜索进行了研究,设计、开发了基本算法,并进行了编程实验。 最后,完成了机器人遥操作网站的建设,以三自由度机器人为控制对象,对其实施了遥操作;实验表明本系统基本解决了基于WEB遥操作机器人的可靠性及位置精确性问题,并具有机器人遥操作的临场感特点。

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