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文檔簡介
1、隨著人類對于空間、深海、核輻射等危險與極限環(huán)境內作業(yè)需求的不斷提升,遙操作技術發(fā)揮著越來越重要的作用,成為機器人領域重要的研究方向之一。多操作者多機器人(MOMR)遙操作具有分布式、作業(yè)能力強等優(yōu)勢,且使用Internet作為遙操作系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體,為遙操作系統(tǒng)增加了公眾性、分布性、設備共享等新特點。因此如何克服系統(tǒng)結構和網(wǎng)絡特性中的不利影響因素,安全可靠地實現(xiàn)基于Internet網(wǎng)絡的多操作者多機器人遙操作是目前重要的研究方向,
2、并且通過研究Internet遙操作技術可以為機器人技術在空間、深海等其他領域的應用提供必要的理論基礎及技術支持。
為了全面把握系統(tǒng)安全性,本文首先對MOMR網(wǎng)絡遙操作系統(tǒng)安全影響因素進行了深入分析,作為實現(xiàn)安全機制的基礎?;诠收蠘浞治觯‵TA)理論分析了系統(tǒng)安全影響因素,利用最小割集刻劃了系統(tǒng)危險狀態(tài)的基本事件組合,直觀地描述出系統(tǒng)中臨界故障情況和安全影響因素之間的作用關系。對系統(tǒng)安全因素的分析表明,系統(tǒng)安全性表現(xiàn)為一種行為
3、模式集合,該集合中操作者智能參與性、虛擬環(huán)境、網(wǎng)絡交互、和系統(tǒng)安全規(guī)劃等方面是實現(xiàn)系統(tǒng)安全機制的關鍵。
系統(tǒng)安全機制是對系統(tǒng)安全功能要素的結構模型及其相互作用關系的刻畫,能夠保證系統(tǒng)的安全性。本文在對影響安全機制的多種因素進行分析的基礎上,建立了基于主端監(jiān)控層、網(wǎng)絡交互監(jiān)控層和從端監(jiān)控層動態(tài)交互的分層安全機制,在主端實現(xiàn)基于虛擬向導模型、協(xié)商和虛擬碰撞檢測的安全控制;在網(wǎng)絡交互監(jiān)控層實現(xiàn)分布式網(wǎng)絡交互平臺,并通過網(wǎng)絡協(xié)調方法提
4、高網(wǎng)絡安全控制性能;在從端基于實時避碰和機器人緊急狀態(tài)處理方法驅動機器人避免危險;同時,通過各層的安全控制信息和指令交互,實現(xiàn)系統(tǒng)安全信息的模塊化、分布式交互與控制。
鑒于Internet網(wǎng)絡中存在傳輸異常的情況,會影響系統(tǒng)中網(wǎng)絡對象間的動態(tài)交互,進而對系統(tǒng)的整體安全產(chǎn)生不利影響,本文基于JavaRMI的遠程對象調用技術與CORBA對象網(wǎng)絡技術建立分布式網(wǎng)絡交互平臺,提高網(wǎng)絡傳輸與控制的交互性能,改善網(wǎng)絡傳輸帶來的不利影響,提
5、高系統(tǒng)安全水平。文中基于CORBA規(guī)范,提出實時線程池、分布式數(shù)據(jù)分配等方法,增強了CORBA平臺的實時性。設計了基于RMI-IIOP協(xié)議的網(wǎng)絡通信模式,并采用面向對象的Java3D建模技術建立了基于Java-CORBA的分布式對象虛擬環(huán)境,并基于該平臺設計了網(wǎng)絡協(xié)調方法,有效增強了網(wǎng)絡對象間的遠程交互性能。
由于機器人智能化水平有限,因此本文通過虛擬環(huán)境中虛擬向導的分析和設計,保證了人的智能參與能力,為操作者直觀、安全地進行
6、機器人運動規(guī)劃提供了良好地輔助工具和保護措施。文中引入虛擬向導概念,首先給出虛擬向導模型的定義及其統(tǒng)一描述形式。其次建立面向安全機制的檢測虛擬向導模型,實現(xiàn)時延向導和碰撞預測向導。最后提出并實現(xiàn)三種控制模式下的虛擬向導,輔助操作者在主端更好地完成智能安全規(guī)劃。
多機器人在共享空間中的協(xié)調作業(yè),可以提高機器人在復雜環(huán)境中的作業(yè)能力,同時對實時規(guī)劃安全性提出了很高的要求。本文依據(jù)建立的多機器人安全規(guī)劃策略,在從端設計了基于機器人速
7、度和位置的改進勢場法,實現(xiàn)機器人實時安全規(guī)劃。根據(jù)機器人位姿反饋信息,在多機器人共享空間中進行碰撞檢測后,根據(jù)設定的系統(tǒng)安全臨界區(qū)域,利用改進勢場法進行機器人安全運動規(guī)劃,作為主端規(guī)劃失效情況下的底層保護措施。
為了驗證MOMR網(wǎng)絡遙操作系統(tǒng)安全機制性能,本文設計了以下三個實驗。首先通過共享工作空間中多機器人松協(xié)調運動實驗,驗證了基于改進勢場法的安全規(guī)劃算法。其次通過多機器人移動積木實驗,驗證了基于虛擬向導的虛擬環(huán)境中采用多模
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