以Internet為基礎的機器人控制技術及應用探討

摘 要：將Internet與機器人連接起來，能夠在不受地域限制的情況下，運用通過瀏覽器訪問機器人，最終實現遠程控制與監控機器人，乃是一種低成本的遙控操作機器人的技術形式。本文從多方面分析了系統當中的一些關鍵技術，并指出了具體的解決思路，最后探討了此技術今后的應用前景。

關鍵詞：Internet；機器人；控制技術；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.114

機器人憑借靈活性好、可改善勞動條件、改進產品質量及提升生產率鞥優點，在多領域得到廣泛應用。但當前諸多機器人所具有的靈活性，僅單純性的體現在能夠反復編程上，具有相對固定的工作環境。為了獲取更大獨立性，人們對機器人的智能化與靈活性提出了更高的要求，要求機器人能在特定區域內安全運動，完成指定的任務，實現機器人環境適應能力的增強。將Internet與機器人相連接，人們能夠遠程指導機器人作業，并對其進行實時監控，從而在實際作業中能夠將人的智慧融入，使機器人能夠更好的完成更多原本無法完整的工作。

1 控制系統結構分析

一臺計算機便可完成機器人控制、圖像采集與處理及Web服務。圖像服務器能夠對機器人現場圖像進行實時采集，然后將所得圖像進行壓縮，向遠程PC傳遞。JPEG、GIF為最為常用的圖像格式。為了能夠得到現場機器人的比較完整的信息，通常需要安裝諸多攝像機；為了提升網絡傳輸效率，減少網絡負荷，圖像服務器能夠有針對性的選取圖像，僅將部分比較重要位置的圖像信息向遠程PC端傳送。機器人對服務器進行控制，主要能夠實現兩大功能，其一，將諸如關節位置及各種傳感器信息等機器人狀態信息，向遠程PC傳遞；其二，接受遠程PC的命令，以此命令為基礎，另基于機器人當前狀態，進行軌跡規劃與開展任務，然后轉化命令，使之成為機器人的控制指令。HTTP服務器結合Internet信息服務控制軟件，執行Internet命令解釋與遠程注冊服務；對于HTTP服務器來講，其除了能夠確認身份之外，還能訪問權限設置，無論何時，僅有唯一用戶能夠得到對機器人的控制權，當某一用戶獲得控制權之后，對于其他用戶而言，能夠通過注冊的方式，獲取觀看機器人運動的權利。針對信息服務器來講，其能夠與機器人控制服務器及圖像服務器之間開展數據交換。

2 系統當中核心技術及解決路徑

以Internet為基礎的遠程控制機器人相比于傳統的機器人控制技術，存在些許關鍵技術問題有待解決，如：（1）大的不確定性時延間題。在整個Internet鏈路上，有諸多節點，各節點有著大致相同的路由策略、數據包調度及吞吐量，命令發自于遠程操作者，然后由機器人最終接收命令，在此期間，需經諸多節點，勢必會造成傳輸時延，且因選擇路由存在差異，網絡中有諸多使用者，這便造成此種時延存在某種不確定性。利用Internet對機器人施加控制，此類智能化設備與利用Internet控制開關燈、咖啡機等相比，存在著較大差異，需要傳輸信號時刻處于穩定狀態。在此，提出了兩個解決路徑：其一，定義一個時延的上界Ts，此在實踐應用當中乃是可行的，尤其時延不確定，但是從為有界的。設定機器人的采樣周期T，于機器人控制器當中，定義n=Ts/T各單元的現今先出雙端口緩沖區，機器人總把Sk+1的內容當作當前運動的給定值Sd，對于新指令而言，則將其放置于緩沖器的左端，機器人各采樣周期均選擇一條指令，每取一條指令，那么緩沖區內容便會向右移動，前進一個單元。因存在n個單元緩沖區，即便存在n步時延，機器人仍能夠得到給定值，不會出現失控狀況。其二，運用延遲檢測軟件，將系統的延遲分布情況測出來，然后經細致分析，得到延遲的概率分布情況，把模型向隨機模型轉化。對于此模型，可選用隨機最優控制方法，達到穩定控制系統概率的目的。（2）當數據包通過節點時，如若節點存在過大的負載，那么節點便有可能將一些數據包拋棄；在Internet鏈路上，還會出現非正常連接中斷狀況，上述兩狀況，均會造成數據包丟失。針對數據包丟失來講，其乃為一種非正常情況，傳統方法即為重發數據包，此方法對于以Internet為基礎的控制不太適用，至此，有研究選用了n步預測技術，但其需要遠程與現場的系統化數學模型。至此，可通過提升機器人局部自主性，以此促進數據包丟失對機器人運動所造成影響的減少，此外，機器人還需擁有局部自主性，以此來保障非正常狀況下自主、安全的運動。

3 應用前景

當前，以Internet為基礎的機器人控制系統，已經取得了實質性進展，在實際應用中已經產生經濟效益，在不久的將來，以Internet為基礎對機器人施加控制能夠使機器人應用領域得到大范圍的擴寬，擁有廣闊的應用前景。（1）可促進新型海洋機器人、空間機器人及井下機器人的研究與開發。在以Internet為基礎的機器人控制系統當中，人乃是整個控制系統當中的核心部分，要重點考慮人的行為。諸如海洋探索這種非結構化環境當中的作業，通過將人的智慧融入其中，能夠實現系統可依賴性的增加。（2）遠程監視與探測。比如放射性環境，人不宜到現場作業，可運用多臺移動機器人來作業，將圖像攝像機等設備安裝在移動機器人上。運用Internet對移動機器人進行控制，為其提供作業指導與導航，且從中實時獲取現場信息。（3）以Internet為基礎的機器人控制技術，能夠像諸如遠程示教、維護、診斷及遠程制造等領域延伸，可從中獲取更大的經濟效益。

參考文獻：

[1]劉海霞.基于網絡的遙操作康復機器人系統魯棒控制研究[D]. 江蘇科技大學，2012.

[2]譚定忠，王啟明，王葉蘭等.基于Internet的遠程機器人控制技術研究[J].機械工程師，2006（01）：30-32.

[3]王以倫，宋華，趙慶亮.C++Builder中WinSock控件在基于Internet的機器人控制中的應用[J].應用科技，2003，30（03）：33-35.

作者簡介：路攀（1994-），男，湖北漢川人，本科。