以Internet为基础的机器人控制技术及应用探讨

摘 要：将Internet与机器人连接起来，能够在不受地域限制的情况下，运用通过浏览器访问机器人，最终实现远程控制与监控机器人，乃是一种低成本的遥控操作机器人的技术形式。本文从多方面分析了系统当中的一些关键技术，并指出了具体的解决思路，最后探讨了此技术今后的应用前景。

关键词：Internet；机器人；控制技术；应用

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

机器人凭借灵活性好、可改善劳动条件、改进产品质量及提升生产率鞥优点，在多领域得到广泛应用。但当前诸多机器人所具有的灵活性，仅单纯性的体现在能够反复编程上，具有相对固定的工作环境。为了获取更大独立性，人们对机器人的智能化与灵活性提出了更高的要求，要求机器人能在特定区域内安全运动，完成指定的任务，实现机器人环境适应能力的增强。将Internet与机器人相连接，人们能够远程指导机器人作业，并对其进行实时监控，从而在实际作业中能够将人的智慧融入，使机器人能够更好的完成更多原本无法完整的工作。

1 控制系统结构分析

一台计算机便可完成机器人控制、图像采集与处理及Web服务。图像服务器能够对机器人现场图像进行实时采集，然后将所得图像进行压缩，向远程PC传递。JPEG、GIF为最为常用的图像格式。为了能够得到现场机器人的比较完整的信息，通常需要安装诸多摄像机；为了提升网络传输效率，减少网络负荷，图像服务器能够有针对性的选取图像，仅将部分比较重要位置的图像信息向远程PC端传送。机器人对服务器进行控制，主要能够实现两大功能，其一，将诸如关节位置及各种传感器信息等机器人状态信息，向远程PC传递；其二，接受远程PC的命令，以此命令为基础，另基于机器人当前状态，进行轨迹规划与开展任务，然后转化命令，使之成为机器人的控制指令。HTTP服务器结合Internet信息服务控制软件，执行Internet命令解释与远程注册服务；对于HTTP服务器来讲，其除了能够确认身份之外，还能访问权限设置，无论何时，仅有唯一用户能够得到对机器人的控制权，当某一用户获得控制权之后，对于其他用户而言，能够通过注册的方式，获取观看机器人运动的权利。针对信息服务器来讲，其能够与机器人控制服务器及图像服务器之间开展数据交换。

2 系统当中核心技术及解决路径

以Internet为基础的远程控制机器人相比于传统的机器人控制技术，存在些许关键技术问题有待解决，如：（1）大的不确定性时延间题。在整个Internet链路上，有诸多节点，各节点有着大致相同的路由策略、数据包调度及吞吐量，命令发自于远程操作者，然后由机器人最终接收命令，在此期间，需经诸多节点，势必会造成传输时延，且因选择路由存在差异，网络中有诸多使用者，这便造成此种时延存在某种不确定性。利用Internet对机器人施加控制，此类智能化设备与利用Internet控制开关灯、咖啡机等相比，存在着较大差异，需要传输信号时刻处于稳定状态。在此，提出了两个解决路径：其一，定义一个时延的上界Ts，此在实践应用当中乃是可行的，尤其时延不确定，但是从为有界的。设定机器人的采样周期T，于机器人控制器当中，定义n=Ts/T各单元的现今先出双端口缓冲区，机器人总把Sk+1的内容当作当前运动的给定值Sd，对于新指令而言，则将其放置于缓冲器的左端，机器人各采样周期均选择一条指令，每取一条指令，那么缓冲区内容便会向右移动，前进一个单元。因存在n个单元缓冲区，即便存在n步时延，机器人仍能够得到给定值，不会出现失控状况。其二，运用延迟检测软件，将系统的延迟分布情况测出来，然后经细致分析，得到延迟的概率分布情况，把模型向随机模型转化。对于此模型，可选用随机最优控制方法，达到稳定控制系统概率的目的。（2）当数据包通过节点时，如若节点存在过大的负载，那么节点便有可能将一些数据包抛弃；在Internet链路上，还会出现非正常连接中断状况，上述两状况，均会造成数据包丢失。针對数据包丢失来讲，其乃为一种非正常情况，传统方法即为重发数据包，此方法对于以Internet为基础的控制不太适用，至此，有研究选用了n步预测技术，但其需要远程与现场的系统化数学模型。至此，可通过提升机器人局部自主性，以此促进数据包丢失对机器人运动所造成影响的减少，此外，机器人还需拥有局部自主性，以此来保障非正常状况下自主、安全的运动。

3 应用前景

当前，以Internet为基础的机器人控制系统，已经取得了实质性进展，在实际应用中已经产生经济效益，在不久的将来，以Internet为基础对机器人施加控制能够使机器人应用领域得到大范围的扩宽，拥有广阔的应用前景。（1）可促进新型海洋机器人、空间机器人及井下机器人的研究与开发。在以Internet为基础的机器人控制系统当中，人乃是整个控制系统当中的核心部分，要重点考虑人的行为。诸如海洋探索这种非结构化环境当中的作业，通过将人的智慧融入其中，能够实现系统可依赖性的增加。（2）远程监视与探测。比如放射性环境，人不宜到现场作业，可运用多台移动机器人来作业，将图像摄像机等设备安装在移动机器人上。运用Internet对移动机器人进行控制，为其提供作业指导与导航，且从中实时获取现场信息。（3）以Internet为基础的机器人控制技术，能够像诸如远程示教、维护、诊断及远程制造等领域延伸，可从中获取更大的经济效益。

参考文献：

[1]刘海霞.基于网络的遥操作康复机器人系统鲁棒控制研究[D]. 江苏科技大学，2012.

[2]谭定忠，王启明，王叶兰等.基于Internet的远程机器人控制技术研究[J].机械工程师，2006（01）：30-32.

[3]王以伦，宋华，赵庆亮.C++Builder中WinSock控件在基于Internet的机器人控制中的应用[J].应用科技，2003，30（03）：33-35.

作者简介：路攀（1994-），男，湖北汉川人，本科。