基于Internet的机器人远程控制研究
摘要
基于Internet的远程控制机器人系统是传统的机器人控制技术与先进的网络通讯技术的结合。它可以被应用于危险环境下的远程作业、远程医疗、远程教学、远程监护以及远程制造等众多方面,具有广阔的应用前景。因此,基于Internet的远程控制机器人系统的研究也已成为当今机器人应用工程领域中的热点之一。
本文提出并设计了一个初级的机器人远程控制系统的总体方案,该系统的硬件由远程控制计算机、因特网、机器人实验室的主控计算机、MOTOMAN UP6机器人以及GPT二维转台等组成。该系统的软件由UP6机器人控制软件、远程控制软件和视觉跟踪子系统软件所组成。
本系统允许远程操作者在异地使用自己计算机上的远程控制软件平台,通过Internet控制机器人实验室的主控计算机,从而控制机器人运动;在控制机器人的同时通过控制GPT两维数控转台跟踪机器人运动,并让固定在它上面的视觉装置将实时视频信息反馈回来,实现远程监控机器人运动和工作现场的目的。
其中:UP6机器人控制软件用于远程操作者向UP6机器人发出指令,从而控制UP6机器人的运动。
远程控制软件是利用Winsock的通信原理,采用VB6.0编写了基于C/S模型的控制软件和采用VC++.NET 2003编写了基于P2P模型的控制软件。用户操作本系统时可按实际情况选择这两个软件中的一款,在异地控制机器人实验室的主控计算机,从而控制UP6机器人。
视觉跟踪子系统软件是采用Delphi7.0调用GPT运动控制库函数编写的,目的是控制二维转台跟踪UP6机器人的运动。
通过多次试验、调试和修改程序,完成了这个初级的机器人远程控制系统的联机实验并取得了预期的结果。试验证明了该方案和设计的可行性,同时也获得了该系统有待改进和今后努力的方向。
Remote control robot system based on Internet is a combination of traditional robot control technology and advanced network communication technology. It has been applied to many fields such as remote work under jeopardous environment, telemedicine, long-distance education, remote supervising and remote manufacture, which leads to wider range of usage in the future. Therefore, research on Internet-based remote control robot system is growing up to one of the hottest subjects on the robot application field.
In this article, we mention a general plan of primary remote control robot system. Its hardware consists of remote computer, Internet, host computer in the robot laboratory, MOTOMAN UP6 robot and GPT two-dimensional swivel table, and the software consists of UP6 robot control software, remote control software and vision-tracking subsystem software.
The system allows remote operator to use remote control software platform in his/her own computer. By Internet on host computer in the lab, one can control robot and meanwhile track robot motion through the swivel table, and feedback videos in real time via visual instrument fixed on the swivel table, accomplishing the purpose of remote controlling and supervising robot motion and worksite.
Among these softwares, UP6 robot control software is used when remote operator sends command to UP6 robot and takes control of its motion.
According to Winsock communication theory, remote control software bases on C/S model from VB6.0 and P2P model from VC++.NET2003. User can select either of them in practical situation, and remote control UP6 robot by host computer in the lab.
Vision-tracking subsystem is programmed on function from GPT database transferred by Delphi7.0. The goal is to control the swivel table to track UP6 robot motion.
By experimenting, debugging and revising programs, we have finished online test of the primary remote control robot system and got anticipative effect. It proves the design is feasible and makes clear for improvement and research direction in the future.
本文提出并设计了一个初级的机器人远程控制系统的总体方案,该系统的硬件由远程控制计算机、因特网、机器人实验室的主控计算机、MOTOMAN UP6机器人以及GPT二维转台等组成。该系统的软件由UP6机器人控制软件、远程控制软件和视觉跟踪子系统软件所组成。
本系统允许远程操作者在异地使用自己计算机上的远程控制软件平台,通过Internet控制机器人实验室的主控计算机,从而控制机器人运动;在控制机器人的同时通过控制GPT两维数控转台跟踪机器人运动,并让固定在它上面的视觉装置将实时视频信息反馈回来,实现远程监控机器人运动和工作现场的目的。
其中:UP6机器人控制软件用于远程操作者向UP6机器人发出指令,从而控制UP6机器人的运动。
远程控制软件是利用Winsock的通信原理,采用VB6.0编写了基于C/S模型的控制软件和采用VC++.NET 2003编写了基于P2P模型的控制软件。用户操作本系统时可按实际情况选择这两个软件中的一款,在异地控制机器人实验室的主控计算机,从而控制UP6机器人。
视觉跟踪子系统软件是采用Delphi7.0调用GPT运动控制库函数编写的,目的是控制二维转台跟踪UP6机器人的运动。
通过多次试验、调试和修改程序,完成了这个初级的机器人远程控制系统的联机实验并取得了预期的结果。试验证明了该方案和设计的可行性,同时也获得了该系统有待改进和今后努力的方向。
Remote control robot system based on Internet is a combination of traditional robot control technology and advanced network communication technology. It has been applied to many fields such as remote work under jeopardous environment, telemedicine, long-distance education, remote supervising and remote manufacture, which leads to wider range of usage in the future. Therefore, research on Internet-based remote control robot system is growing up to one of the hottest subjects on the robot application field.
In this article, we mention a general plan of primary remote control robot system. Its hardware consists of remote computer, Internet, host computer in the robot laboratory, MOTOMAN UP6 robot and GPT two-dimensional swivel table, and the software consists of UP6 robot control software, remote control software and vision-tracking subsystem software.
The system allows remote operator to use remote control software platform in his/her own computer. By Internet on host computer in the lab, one can control robot and meanwhile track robot motion through the swivel table, and feedback videos in real time via visual instrument fixed on the swivel table, accomplishing the purpose of remote controlling and supervising robot motion and worksite.
Among these softwares, UP6 robot control software is used when remote operator sends command to UP6 robot and takes control of its motion.
According to Winsock communication theory, remote control software bases on C/S model from VB6.0 and P2P model from VC++.NET2003. User can select either of them in practical situation, and remote control UP6 robot by host computer in the lab.
Vision-tracking subsystem is programmed on function from GPT database transferred by Delphi7.0. The goal is to control the swivel table to track UP6 robot motion.
By experimenting, debugging and revising programs, we have finished online test of the primary remote control robot system and got anticipative effect. It proves the design is feasible and makes clear for improvement and research direction in the future.
引文
[1] 冯华山. 基于 Internet 的远程控制机器人系统. 西北工业大学硕士学位论文. 2004
[2] Balaguer, Carlos. The MATS robot. IEEE Robotics and Automation Magazine. March, 2006
[3] 宋华. 基于 web 的远程机器人控制技术的研究. 哈尔滨工程大学硕士学位论文. 2003
[4] 丑武胜. 基于互联网的机器人远程实验系统. 高技术通讯. 2003,8
[5] Doulgeri, Zoe etc. A web telerobotic system to teach industrial robot path planning and control. IEEE Transactions on Education. May, 2006
[6] 庄严等. 基于网络的机器人控制技术研究现状与发展.机器人.2002,5
[7] http://www.usc.edu/dept/raiders
[8] http://www.nasa.gov
[9] http://www.fujitsu.com/
[10] http://www.irobot.com/
[11] 胡群芳等. 中国掀起月球车研制热. 中国航天. 2004,5
[12] 孙立宁等. 基于 Internet 的机器人遥外科手术的问题及对策. 哈尔滨工业大学学报. 2003,2
[13] 车立新等. 220 /330kV 变电设备高压带电清扫机器人设计. 机器人. 2005,3
[14] 李晓明. 基于外骨骼技术的机器人远程控制. 浙江大学博士论文. 2004
[15] Marin, Raul. Teleoperated robot system via web: The UJI telerobotic training system. International Journal of Robotics and Automation. 2002
[16] Yonekawa, Akira. A remote experiment system on robot vehicle control for engineering educations based on World Wide Web. Proceedings-Frontiers in Education Conference. 2005
[17] 徐晓峰. 基于串行通信技术的机器人实时控制研究. 南京林业大学硕士学位论文. 2005
[18] 徐呈艺. 工业机器人作业路径规划和离线编程研究. 南京林业大学硕士学位论文. 2006
[19] 白剑等. 用 JAVA 开发的机器人遥操作系统. 机器人. 2003,3
[20] 耿海霞等. 基于 Web 的移动机器人控制系统研究及 Java 实现. 同济大学学报.2002,8
[21] 王宏杰等. 基于 C/S 模型机器人控制器的研究及其应用. 机器人. 2002,5
[22] 张联峰等. 综述:对等网 P2P 技术. 计算机工程与应用. 2003,12
[23] 田建创等. CORBA 在机器人网络控制系统中的应用. 机电工程. 2005
[24] 周丽娟等. Java RMI 技术的研究与应用. 株洲工学院学报. 2006,3
[25] Sunaga, Hiroshi. Technical trends in P2P-based communications. IEICE Transactions on Communications. Oct, 2004
[26] 万跃华等. Visual C++.NET 网络编程. 科技出版社. 2002,9
[27] Anthony Jones, Jim Ohlund. Windows 网络编程(第 2 版). 清华大学出版社. 2002,10
[28] 易君. Visual C++.NET 网络编程. 中国铁道出版社. 2003,6
[29] 张立科. Visual Basic6.0 程序设计与开发技术大全. 人民邮电出版社. 2005,7
[30] http://www.microsoft.com/china
[31] 都沁萍. 解析 TCP 与 UDP 协议及其异同. 电脑知识与技术. 2004,5
[32] 梁莉. TCP/IP 传输层协议比较. 成都师范高等专科学校学报. 2003,12
[33] 田夏利等. 嵌入式 Internet 中 UDP 协议的实现. 计算机与数学工程. 2006
[34] 石宇等. Visual Basic 中实现计算机远程通信. 长春大学学报. 2001.12
[35] 韩静. 用 Winsock 控件实现点对点通信. 安徽工业大学学报. 2004,1
[36] 王留洋. 在 VB 中利用 Winsock 控件实现局域网通信. 淮阴工学院学报. 2005,2
[37] 黄玲玲等. 在 VB 中利用 Winsock 控件实现局域网通信. 信息技术. 2005,6
[38] 林永. Visual Basic 程序员 Windows API 编程手册. 人民邮电出版社. 2002,6
[39] 林小龙等. P2P 在远程视频监控系统中的应用. 福建电脑. 2006
[40] Fong, Terrence. The peer-to-peer human-robot interaction project.Collection of Technical Papers - AIAA Space 2005 Conference and Exposition. 2005
[41] 张茉莉等. 对等计算体系结构的研究. MODERN COMPUTER. 2006,3
[42] Nagaraja, Kiran. From the editors: Peer-to-peer community: Looking beyond the legacy of napster and gnutella. IEEE Distributed Systems Online. March, 2006
[43] 雷文虎等. 基于 Napster 技术的校园文件共享系统的设计. 广西广播电视大学学报.2006
[44] 马丹. 即时通信系统终端的设计与实现. 电子科技大学硕士学位论文. 2005
[45] 吴新龙. 端到端通信中 TCP 穿越 NAT 的解决方案. 电力系统通信. 2006,1
[46] 谢镇宇等. 在 NAT 后的主机之间建立 TCP 连接的研究. 科学技术与工程. 2006,4
[47] 刘小君等. 跨越 NAT 的 P2P 应用 UDP 通讯. MODERN COMPUTER. 2006,1
[48] 吕喆. 基于 P2P 技术实现即时通信系统的研究. 吉林大学硕士学位论文. 2005
[49] GT 系列运动控制器用户手册
[50] 两维数控转台 GPT 系列用户手册
[51] GT 系列运动控制器编程手册
[52] 邓可等. 一种通用红外成像跟踪实验装置的设计. 北京航天大学学报. 2006,5
[53] 徐培全等. 基于机器人焊接的视觉传感系统研究综述. 焊接. 2005,8
[54] Corke, Peter I. Real-time vision, tracking and control. Proceedings - IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2000
[55] 邵文坤等. 目标跟踪方法综述. 影像技术. 2006,1
[56] 钱新恩等. 计算机视觉在工业机器人上的应用. 计算机与自动化. 2006,3
[57] 刘小军等. 一种基于投影算法的运动目标自动跟踪系统. 华北工学院测试技术学报. 1999
[58] 汤海华等. IP Qos 的实现技术. MODERN COMPUTER. 2006,5
[59] Lee, Eunjeong. Force and impact control for robot manipulators using time delay. IEEE International Symposium on Industrial Electronics. 1999
[60] Mellouk, Abdelhamid etc. A reinforcement learning approach for QoS basedrouting packets in integrated service web based systems. Lecture Notes in Computer Science. 2005
[61] Harrison, David etc. An accumulation-based, closed-loop scheme for expected minimum rate and weighted rate services. Computer Networks. Aug, 2004
[2] Balaguer, Carlos. The MATS robot. IEEE Robotics and Automation Magazine. March, 2006
[3] 宋华. 基于 web 的远程机器人控制技术的研究. 哈尔滨工程大学硕士学位论文. 2003
[4] 丑武胜. 基于互联网的机器人远程实验系统. 高技术通讯. 2003,8
[5] Doulgeri, Zoe etc. A web telerobotic system to teach industrial robot path planning and control. IEEE Transactions on Education. May, 2006
[6] 庄严等. 基于网络的机器人控制技术研究现状与发展.机器人.2002,5
[7] http://www.usc.edu/dept/raiders
[8] http://www.nasa.gov
[9] http://www.fujitsu.com/
[10] http://www.irobot.com/
[11] 胡群芳等. 中国掀起月球车研制热. 中国航天. 2004,5
[12] 孙立宁等. 基于 Internet 的机器人遥外科手术的问题及对策. 哈尔滨工业大学学报. 2003,2
[13] 车立新等. 220 /330kV 变电设备高压带电清扫机器人设计. 机器人. 2005,3
[14] 李晓明. 基于外骨骼技术的机器人远程控制. 浙江大学博士论文. 2004
[15] Marin, Raul. Teleoperated robot system via web: The UJI telerobotic training system. International Journal of Robotics and Automation. 2002
[16] Yonekawa, Akira. A remote experiment system on robot vehicle control for engineering educations based on World Wide Web. Proceedings-Frontiers in Education Conference. 2005
[17] 徐晓峰. 基于串行通信技术的机器人实时控制研究. 南京林业大学硕士学位论文. 2005
[18] 徐呈艺. 工业机器人作业路径规划和离线编程研究. 南京林业大学硕士学位论文. 2006
[19] 白剑等. 用 JAVA 开发的机器人遥操作系统. 机器人. 2003,3
[20] 耿海霞等. 基于 Web 的移动机器人控制系统研究及 Java 实现. 同济大学学报.2002,8
[21] 王宏杰等. 基于 C/S 模型机器人控制器的研究及其应用. 机器人. 2002,5
[22] 张联峰等. 综述:对等网 P2P 技术. 计算机工程与应用. 2003,12
[23] 田建创等. CORBA 在机器人网络控制系统中的应用. 机电工程. 2005
[24] 周丽娟等. Java RMI 技术的研究与应用. 株洲工学院学报. 2006,3
[25] Sunaga, Hiroshi. Technical trends in P2P-based communications. IEICE Transactions on Communications. Oct, 2004
[26] 万跃华等. Visual C++.NET 网络编程. 科技出版社. 2002,9
[27] Anthony Jones, Jim Ohlund. Windows 网络编程(第 2 版). 清华大学出版社. 2002,10
[28] 易君. Visual C++.NET 网络编程. 中国铁道出版社. 2003,6
[29] 张立科. Visual Basic6.0 程序设计与开发技术大全. 人民邮电出版社. 2005,7
[30] http://www.microsoft.com/china
[31] 都沁萍. 解析 TCP 与 UDP 协议及其异同. 电脑知识与技术. 2004,5
[32] 梁莉. TCP/IP 传输层协议比较. 成都师范高等专科学校学报. 2003,12
[33] 田夏利等. 嵌入式 Internet 中 UDP 协议的实现. 计算机与数学工程. 2006
[34] 石宇等. Visual Basic 中实现计算机远程通信. 长春大学学报. 2001.12
[35] 韩静. 用 Winsock 控件实现点对点通信. 安徽工业大学学报. 2004,1
[36] 王留洋. 在 VB 中利用 Winsock 控件实现局域网通信. 淮阴工学院学报. 2005,2
[37] 黄玲玲等. 在 VB 中利用 Winsock 控件实现局域网通信. 信息技术. 2005,6
[38] 林永. Visual Basic 程序员 Windows API 编程手册. 人民邮电出版社. 2002,6
[39] 林小龙等. P2P 在远程视频监控系统中的应用. 福建电脑. 2006
[40] Fong, Terrence. The peer-to-peer human-robot interaction project.Collection of Technical Papers - AIAA Space 2005 Conference and Exposition. 2005
[41] 张茉莉等. 对等计算体系结构的研究. MODERN COMPUTER. 2006,3
[42] Nagaraja, Kiran. From the editors: Peer-to-peer community: Looking beyond the legacy of napster and gnutella. IEEE Distributed Systems Online. March, 2006
[43] 雷文虎等. 基于 Napster 技术的校园文件共享系统的设计. 广西广播电视大学学报.2006
[44] 马丹. 即时通信系统终端的设计与实现. 电子科技大学硕士学位论文. 2005
[45] 吴新龙. 端到端通信中 TCP 穿越 NAT 的解决方案. 电力系统通信. 2006,1
[46] 谢镇宇等. 在 NAT 后的主机之间建立 TCP 连接的研究. 科学技术与工程. 2006,4
[47] 刘小君等. 跨越 NAT 的 P2P 应用 UDP 通讯. MODERN COMPUTER. 2006,1
[48] 吕喆. 基于 P2P 技术实现即时通信系统的研究. 吉林大学硕士学位论文. 2005
[49] GT 系列运动控制器用户手册
[50] 两维数控转台 GPT 系列用户手册
[51] GT 系列运动控制器编程手册
[52] 邓可等. 一种通用红外成像跟踪实验装置的设计. 北京航天大学学报. 2006,5
[53] 徐培全等. 基于机器人焊接的视觉传感系统研究综述. 焊接. 2005,8
[54] Corke, Peter I. Real-time vision, tracking and control. Proceedings - IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2000
[55] 邵文坤等. 目标跟踪方法综述. 影像技术. 2006,1
[56] 钱新恩等. 计算机视觉在工业机器人上的应用. 计算机与自动化. 2006,3
[57] 刘小军等. 一种基于投影算法的运动目标自动跟踪系统. 华北工学院测试技术学报. 1999
[58] 汤海华等. IP Qos 的实现技术. MODERN COMPUTER. 2006,5
[59] Lee, Eunjeong. Force and impact control for robot manipulators using time delay. IEEE International Symposium on Industrial Electronics. 1999
[60] Mellouk, Abdelhamid etc. A reinforcement learning approach for QoS basedrouting packets in integrated service web based systems. Lecture Notes in Computer Science. 2005
[61] Harrison, David etc. An accumulation-based, closed-loop scheme for expected minimum rate and weighted rate services. Computer Networks. Aug, 2004