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基于视频反馈和实时仿真的工业机器人远程控制方法研究

作　者: 刘洋
导　师: 肖南峰
学　校: 华南理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 机器人工业机器人远程控制实时仿真状态反馈碰撞检测
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,随着自动化技术的发展,在生产和生活中可以看到越来越多的机器人身影。其中在工业生产中,已有大量工业机器人投入应用并且很多都具有一定的自动化程度。虽然工业机器人已被大量应用,但大多只是被用来代替人完成一些简单的和重复性的工作。在面对突发情况以及复杂多变的环境时,机器人常常无法独立完成作业,而且很多机器人必须工作于危险场所或者人类不便到达的地方,此时机器人的远程控制则为上述问题提供了一个较好的解决方案。目前国内在工业机器人远程控制方面的研究大多集中在如视觉反馈,网络传输优化等方面,而要远程控制工业机器人完成一系列复杂的作业,目前还没有成熟的技术和操作思路。要实现一个具有灵活、友好的操作界面且有一定可靠性的控制系统,其实现难度、开发成本、维护成本等都是需要考虑的问题。为了解决以上问题,本文提出了一种通过普通游戏手柄对工业机器人进行控制的系统,主要是源于当前市面上大部分游戏手柄专门为控制包括三维物体在内的移动对象而设计,价格便宜、操作舒适且具有足够多的功能按钮,能够较好的满足对工业机器人操控的要求。在系统中,通过对工业机器人进行精确建模和仿真,操作者可以预测或查看工业机器人的实时状态,并能通过视频反馈对其动作执行情况随时进行监控。此外,通过将3D碰撞检测技术与仿真平台结合对工业机器人进行实时碰撞检测,可以预防和避免工业机器人因误触碰到自身或者工作环境而导致昂贵的设备损坏或者引发潜在的安全事故,继而得以提高工业机器人对环境的适应能力。在本文的最后,详细描述了机器人实时仿真控制和在线控制的实验方法。对两种控制方式分别选取三种不同操作方式进行实验,展示了实验现场的过程和给出了实验的数据,并对实验结果进行分析,从而验证了基于视频反馈和实时仿真的机器人远程控制系统整个研究与实现方案的正确性与可用性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-17
  1.1 机器人远程控制的产生与发展  10
  1.2 机器人远程控制的研究现状  10-14
    1.2.1 国外研究现状  10-13
    1.2.2 国内研究现状  13-14
  1.3 机器人远程控制研究的目的和意义  14-15
  1.4 本文研究的主要内容  15-16
  1.5 本章小结  16-17
第二章工业机器人远程控制系统总体设计  17-27
  2.1 系统的硬件构成  17-20
    2.1.1 机器人操作端  17-19
    2.1.2 RBT-6T 机器人操作臂  19-20
  2.2 B/S 架构和 C/S 架构  20-23
    2.2.1 B/S 架构  20-21
    2.2.2 C/S 架构  21-22
    2.2.3 两种架构的区别  22-23
    2.2.4 本系统所采用架构及选择考量  23
  2.3 远程控制系统总体设计  23-26
    2.3.1 系统逻辑结构  23-24
    2.3.2 系统中的三个层次  24-25
    2.3.3 系统中的各个模块  25-26
    2.3.4 系统开发环境和运行平台  26
  2.4 本章小结  26-27
第三章 RBT-6T 工业机器人运动学分析与建模  27-47
  3.1 机器人运动学理论基础  27-30
    3.1.1 机器人的坐标空间描述  27-28
    3.1.2 机器人的连杆参数表示法  28-30
    3.1.3 正向和逆向运动学  30
  3.2 RBT-6T 机器人运动学建模  30-40
    3.2.1 RBT-6T 参考坐标系的建立  30-32
    3.2.2 RBT-6T 机器人连杆参数表的确定  32-33
    3.2.3 RBT-6T 机器人正向运动学方程  33-36
    3.2.4 RBT-6T 机器人逆向运动学方程  36-40
  3.3 RBT-6T 机器人运动学计算中的其它问题  40-46
    3.3.1 当前位置最优解的确定  40
    3.3.2 机器人运动期望位置坐标的计算  40-43
    3.3.3 无可行解情况的处理  43-46
    3.3.4 在三个运动方向上运动参数的确定步骤  46
  3.4 本章小结  46-47
第四章系统实现中的关键技术  47-70
  4.1 机器人操作端输入处理  47-50
    4.1.1 DirectInput 技术  47-49
    4.1.2 本系统中的手柄输入封装模块  49
    4.1.3 手柄输入验证程序  49-50
  4.2 RBT-6T 机器人的三维仿真  50-57
    4.2.1 三维仿真技术  50-51
    4.2.2 物体三维模型的建立  51-52
    4.2.3 物体的3D 显示技术  52-53
    4.2.4 RBT-6T 机器人三维仿真模块  53-56
    4.2.5 关节建模验证程序  56-57
  4.3 RBT-6T 机器人碰撞检测技术  57-62
    4.3.1 三维碰撞检测技术介绍  57-59
    4.3.2 本系统中的碰撞检测实现  59-60
    4.3.3 实时碰撞检测系统的性能和精确性  60-61
    4.3.4 碰撞检测验证程序  61-62
  4.4 视频数据的传输  62-68
    4.4.1 视频的网络传输方案  62-64
    4.4.2 系统中的视频通讯实现  64-67
    4.4.3 视频传输过程的优化  67-68
  4.5 控制命令网络传输协议  68-69
  4.6 本章小结  69-70
第五章远程控制系统功能组成  70-76
  5.1 系统主要功能结构图  70-71
  5.2 客户端主要功能介绍  71-73
    5.2.1 客户端主界面  71
    5.2.2 单关节操作方式和整体操作方式  71-72
    5.2.3 本地仿真模式和远程控制模式  72
    5.2.4 操作过程录制与播放  72
    5.2.5 客户端其它功能  72-73
  5.3 服务端主要功能介绍  73-75
  5.4 本章小结  75-76
第六章实验方法与实验结果分析  76-82
  6.1 机器人仿真控制实验  76-78
    6.1.1 机器人仿真控制实验步骤  76-77
    6.1.2 机器人仿真控制实验结果  77-78
  6.2 机器人在线控制实验  78-80
    6.2.1 机器人在线控制实验步骤  78-79
    6.2.2 机器人在线控制实验结果  79-80
  6.3 实验结果分析  80-81
  6.4 本章小结  81-82
总结与展望  82-84
参考文献  84-87
攻读硕士学位期间取得的研究成果  87-88
致谢  88

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