基于Internet的机器人遥操作仿真系统与实时性改进

摘要

近年来,Internet网络技术获得了飞速发展,传统的机器人控制技术与先进的网络通信技术相融合,使基于Internet的机器人遥操作技术得以产生并迅速发展。基于Internet的机器人遥操作技术综合了机器人控制、网络通信和实时传输、虚拟仿真等多个领域的知识,受到了国际机器人界广大学者的高度重视。对于基于Internet网络的机器人遥操作仿真系统的研究,主要集中于提高Linux操作系统实时性、网络数据通信、解决数据包丢失和机器人仿真等方面。
　　 本文旨在理论研究与实践应用相结合,通过构筑一个的基于Internet的机器人遥操作仿真实验平台,阐述基于TCP、UDP传输协议的通信、虚拟三维机器人模型的建造及远程控制的原理和方案。
　　 首先,本文综述了遥操作技术的研究现状和今后的发展方向,阐述了网络环境下主从式机器人遥操作系统的体系结构以及如何改进通用Linnux操作系统的实时性,构筑了一个以仿真PUMA560型工业机器人为被控单元、Client/Server体系结构为网络通信平台的机器人遥操作系统。针对普通内核版本的Linux操作系统存在实时性局限的问题,进行了内核的升级与裁减,实现全新的调度器和抢占式内核机制,从而大大提高了系统的实时性。
　　 其次,对机器人遥操作系统中存在的问题及相应解决方案进行了研究总结。针对网络传输数据类型的各自特点,系统采用了将TCP、UDP协议相结合的通信方式,满足数据信息特性的要求；并利用OpenGL进行了机器人虚拟建模与三维图形仿真。
　　 最后,通过仿真实验测到的数据证明了实时Linux系统内核的任务响应时间远低于普通的Linux系统,并且验证了基于Internet的机器人遥操作仿真系统的可行性、可靠性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 机器人遥操作技术及应用

1.2 论文研究对象

1.3 机器人遥操作发展历史

1.3.1 国外机器人遥操作发展现状

1.3.2 国内机器人遥操作发展现状

1.4 论文主要工作

第2章 基于INTERNET的机器人遥操作系统

2.1 基于网络的机器人遥操作系统结构

2.1.1 基于Internet双向力反馈机器人遥操作系统

2.1.2 基于Web浏览器的机器人遥操作系统

2.1.3 网络控制仿真机器人平台设计

2.2 LINUX操作系统及其实时性局限

2.2.1 Linux操作系统

2.2.2 通用Linux系统的实时性局限

2.3 LINUX实时内核设计

2.3.1 Linux2.6内核的实时性

2.3.2 Linux2.6内核配置与编译

第3章 机器人虚拟仿真平台

3.1 机器人的坐标变换

3.1.1 位置与姿态的表示

3.1.2 齐次坐标变换

3.1.3 机器人正向运动学

3.2 机器人三维图形建模

3.2.1 仿真工具的选择

3.2.2 OpenGL绘图原理及应用

3.2.3 OpenGL三维变换

3.2.4 三维动画和交互的实现

3.2.5 Linux与Windows系统机器人模型的实现

第4章 网络数据通信

4.1 网络通信系统结构分析

4.2 网络协议

4.2.1 FCP传输协议

4.2.2 UDP传输协议

4.3 操纵手柄数据通信的实现

4.3.1 操纵手柄与服务器端的通信

4.3.2 客户端程序

4.3.3 服务器端程序

第5章 系统实时性测试

5.1 操作系统实时性测试

5.2 实验结果及分析

第6章 总结与展望

6.1 全文结论

6.2 有待进一步研究的问题

附录

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢