遥操四驱移动机器人实验研究平台

遥操四驱移动机器人实验研究平台

概述：

随着互联网的广泛应用基于Internet的机器人遥操作正成为机器人领域一个重要的前沿课题利用Internet传送人类的行为动作使机器人在远程复现人类的行为意图进而实现跨越空间的行为延伸这一研究融合了机器人技术与Internet网络技术在远程医疗设备监控与维护危险复杂环境作业等领域均有着巨大的应用前景。在海洋开发中，它可以完成海洋资源调查，深海打捞，水下电缆修理，海洋钻井平台维护，海底考古等任务；在军事领域，它可以完成战场调查、防化、扫雷、救护等任务；在民用领域，它可以完成核电站维修、远程医疗、远程教育、远程科学实验等任务。总之，遥操作机器人的应用使人摆脱了传统操作者的角色，由直接操作变成了遥操作。

这款实验研究一体化平台几乎具有机电一体化系统的所有特点，既具有操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统、视觉系统和检测传感装置，又具有速度快、精度高、柔性好等特点。青岛玛腾的MT-600GRB系列遥操作机器人是机电一体化、测控实验室、机器人与视觉实验室、制造自动化和自动控制等相关专业提供的一个完全开放、创新性实验平台，它适合机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计与理论、数控技术、机器人学、视觉技术、自动控制等相关机电控制类基础实验课程教学。

网络平台-远程控制中心

 远程控制中心位于校园网内通过代理网关连到Internet共享上网采用网络地址转换技术建立代理网关与控制中心的端口映射实现控制中心与外部网络通信在双方会话期间控制中心定时发送心跳包保证端口映射关系的持续有效性控制中心包括PC机游戏杆和手持机操作者通过图形界面监视机器人端的环境(视频障碍物距离机器人位置)模块间的连接状态等操纵游戏杆控制机器人运动同时体验各种模拟的力反馈效果。

网络通信分为同步方式和异步方式。同步方式是发送方不等接收方响应，便接着发下一个数据包的通信方式；异步方式是发送方发出数据后，等收到接收方发回的响应，才发下一个数据包的通信方式。本系统开发的是客户端/服务器(C/S)结构的软件，该软件是异步非阻塞模式。此模式的优点是既可以同步执行，也可以重叠执行。图像在网络中传输时，不可避免地要牵涉到传输协议的问题。TCP/IP是一组协议，其中底层的协议TCP和UDP对于图像的传输起着至关重要的作用。TCP是面向连接的，即在端与端的通信中，TCP协议建立一条端与端之间的虚电路。UDP是一种面向无连接的，它取消了重传校验机制，能够达到很高的通信效率，很适合于可靠性要求不高的数据传输。由于本机器人系统对视频的丢帧情况要求不高，故采用客户/服务器模式的UDP协议方式。视频传输采用UDP传输，建立Socket类直接传输图像数据，客户端调用自写show函数在OPENGL编程环境下绘制反馈视频，实现视频再现。系统中，使用MFC来开发通信程序及操作界面。这是因为MFC主要是基于窗口和文档的应用软件编程，它集成了大量的数据和方法，将许多烦琐的任务，如应用程序初始化、文档处理和磁盘I/O封装起来，为使用者的编程带来了巨大的方便。

遥操作机器人系统概述

全新的最新技术的遥操作机器人系统由操作者、主端机器人子系统、通信环节、从端机器人子系统和工作环境组成。操作者指令通过主端机器人、通信环节和从端机器人作用于环境，对环境的感知信息则经过上述环节返回到主端操作者，使主端操作者有身临其境的感觉，从而有效完成操作任务。遥操作系统能将人所在的主端的命令和行为传到并作用在远端，实现对远端环境的期望的操作和控制，从而极大地提高操作者的安全性和工作效率，节俭成本，更高效合理地利用人力资源，实现多方协调作业等。

遥操作机器人系统预测显示系统利用计算机图象处理方法估计系统未来状态。目前有两种类型的预测器一种基于系统当前状态和时间延迟来估计系统未来状态,例如,泰勒序列外插方法。另一种将系统当前状态和时间延迟输入一个模型,估计未来时刻的控制信号。在信号时延大于0.5s和图象显示速度小于每秒4桢的情况下,预测显示器的作用非常明显。

遥操作不同于遥控，它在人控制远方机器人的同时，又必须得到机器人在“知觉”上的反馈。实现机器人在“知觉”上反馈的办法，就是使用临场感技术。临场感技术是以人为中心，通过各种传感器远地机器人与环境的交互信息（包括视觉、力觉、触觉、听觉、运动觉等）实时地反馈到本地操作者（人）处，生成和远地环境一致的虚拟环境，使操作者产生身临其境的感受，从而实现对机器人带感觉的控制，完成作业任务。事实上，在应用了临场感技术的遥操作机器人系统中，对于操作者来说，意味着他将“沉浸”在远地环境中。这样，遥操作机器人系统就可以代替人类完成远程环境和危险环境下的任务，保护人类的安全。在空间探索中，它可以完成卫星修理，空间站维护，月球、火星等行星的勘探等任务；在海洋开发中，它可以完成海洋资源调查，深海打捞，水下电缆修理，海洋钻井平台维护，海底考古等任务；在军事领域，它可以完成战场调查、防化、扫雷、救护等任务；在民用领域，它可以完成核电站维修、远程医疗、远程教育、远程科学实验等任务。总之，遥操作机器人的应用使人摆脱了传统操作者的角色，由直接操作变成了遥操作。

遥操作机器人系统的模型

 

遥操作机器人具体配置参数一览：

关键零部件的参数。配置和数量

开放式控制实验平台

l 通用智能机器人与视觉开发平台；

l TCP/IP协议远程网络编程、仿真、控制功能；

l 配备集成语言编程系统和图形示教软件，便于机器人的编程操作和应用培训；

l 配套内容详尽的使用手册和实验指导书，通过实例演示，引导用户学习如何基于运动控制器开发各种应用软件系统

基础实验内容

l 机器人机械、电气、控制、软件结构的认知；

l 机器人操作实习；

l 机器人运动学问题研究；

l 机器人动力学问题研究

创新性和挑战性

l 机器人力矩控制方式研究；

l 基于智能控制平台开发各种应用软件系统；

l 利用平台提供的视觉接口，挑战视觉伺服系统的研究和开发；

l 挑战机器人远程监控和多机器人协调工作等研究项目

l 目标提取的图像处理算法研究；
大范围特定目标的跟踪研究；
基于背景的多目标的跟踪研究；
机器人远程网络控制；