摘要：以關節型云機器人為基礎，以云控制中的大延時時間問題為核心，以內模控制為手段，開展大時延背景下關節型云機器人的抗擾動內模控制策略的研究;運用抗干擾內模控制原理，解決關節型云機器人在外界干擾和模型不精確情況下的軌跡跟蹤問題;在對云控制網絡時延特性分析的基礎上，將魯棒控制方法應用到云控制系統中，給出了時延控制算法。解決了網絡時延的無界、丟包、亂序等問題。

　　關鍵詞：內模控制;云機器人;關節型機器人;網絡時延;動態性能

　　0引言

　　目前，全球有一百多個國家和地區在大力研發和應用機器人。機器人種類繁多，應用領域廣泛，基本形成了以工業機器人應用為主，以服務機器人為輔，以教育機器人為基礎的發展格局。近幾年，云機器人在機器人研發領域異軍突起，掀開了機器人技術應用領域的新篇章。隨著生產力的不斷發展，工業制造技術日趨復雜，人們對工業產品的品質要求也越來越高，工程人員對于新型智能制造技術在工業生產中應用的需求也日趨迫切。在技術不斷革新的大環境下，云機器人所具有的技術優勢日趨明顯。

　　云計算技術的飛速發展和日益成熟，為大數據的處理、復雜系統的控制等難題提供了新的解決方法與思路。云機器人是把機器人在運行之前需要的模型數據與復雜的算法存儲在云端，當執行任務時，機器人才與服務器相連，獲得相關的控制數據與通信信息。云機器人的概念是在2010年由卡耐基梅隆大學的庫夫納教授提出的⑴。

　　云機器人的實質是云計算技術和機器人學的相互融合。云機器人技術的基本原理是將控制系統的所有數據及相關信息存到機器人本體之外，即云端，這就降低了機器人本體對控制系統的依賴度。當機器人控制系統運行時，通過云端網絡服務器連接到云網絡，并借助云網絡的強大計算能力對控制信號進行分析和處理。云機器人技術極大地增強了機器人的學習能力和控制系統的穩定性。云機器人技術所具有的技術優勢和經濟價值日趨明顯，云機器人也逐步走向市場，并在環境衛生、生物醫藥、國防安全、空間探索等行業初顯身手。這充分說明了云機器人技術的發展前景十分廣闊。

　　文獻[2]研發了一款可以自主導航的座椅機器人，其原理是采用云端實時共享的相關地圖數據，通過云網路向自主導航的座椅機器人提供精準的定位和導航服務，幫助行動障礙人士自主逛商場、購物，并向其提供精準的醫療衛生服務。由新加坡科技研究局(AgencyforScience,TechnologyandResearch,簡稱A*STAR)下屬的數據存儲研究所在深入研究了云計算的架構與信息處理的融合技術后，提出了一種新型的云計算架構。這種新型的云計算架構能夠讓機器人根據當前環境的變化，自主構建周圍環境的實時三維地圖⑷。

　　土耳其薩班奇大學道格馬斯教授則專注于服務機器人在醫療健康領域的研究，近年來，他聚焦于云處理技術與物理醫學的融合，設計了一種新型的云康復機器人，其優點是采用了一種結構化的方式表示云機器人的實時處理數據及相關信息⑷。隨著國外科研機構對于云機器人的研究，國內的科研機構也開始聚焦于云機器人相關技術的研究與應用，如以北京理工大學、清華大學和浙江大學為代表的一批高校，對云機器人技術的研究目前處于國內領先水平“一叫雖然，當前國內各科研機構、企事業單位在云機器人技術研究中取得了一些成就，但是對于云機器人相關技術的研究尚處于技術準備和應用的探索階段，在工業機器人應用領域更是如此。

　　當前，國內工業機器人的銷量和保有量逐年上升，但是在云工業機器人領域的技術基礎研究仍相對薄弱。其中，存在于云端與機械手之間的信息傳輸時延是亟待解決的控制問題。大時延和時變時延給云機器人控制系統帶來的影響主要體現在：機器人控制系統的不穩定和機器人循跡精度的降低上。此外，云機器人控制系統還存在環境的適應性、抗干擾能力、對時延以外其他參數攝動的魯棒性等問題。圖2為六自由度關節型機器人的關節分布圖。本文將研究焦點集中于關節型云機器人個體網絡控制技術方面，以關節型云機器人為基礎，以云控制中的大時延問題為核心，以內模控制為手段，開展大時延背景下關節型云機器人的抗擾動內模控制策略的研究。

　　1單關節云機器人內模控制器設計方法

　　內模控制的基本原理是降低控制系統對于被控模型的依賴度，增強控制系統對于系統內模擾動和干擾信息的魯棒性，利用內模控制獨特的控制結構和引入的低通濾波器來處理被控對象中的不穩定因素。關節型云機器人中的時滯正是內模控制所要處理的核心問題。在控制系統輸入端施加階躍型響應，驗證所設計的內模PID控制器是否能有效地處理云機器人網絡中的延遲時間問題，同時是否能提高控制系統的魯棒性。

　　在相同魯棒性條件下，內模PID控制系統的超調量較小，系統響應時間為5S,低于傳統PID控制器的系統響應時間;雖然內模PID控制系統的運行更平穩，但并不是所有的動態指標均可達到滿意值，例如內模PID控制系統的調節時間比傳統PID控制器系統的調節時間長。這也符合控制器平衡整定的原理，即為了滿足控制系統的某些動態性能指標，必須以犧牲其他動態性能指標為代價。反映了兩種控制系統的部分動態特性，并沒有反映其在大延遲時間條件下的系統響應輸出情況。

　　為了進一步研究兩種控制器在不同延遲時間條件下，控制系統的動態特性及控制系統的抗干擾性，采用分別對兩種控制系統逐步增加延遲時間的方法，即延遲時間增加20%,50%,80%,100%和150%時，觀察兩者的系統響應輸出情況。圖5為不同延遲時間條件下的內模PID控制系統階躍響應輸出曲線，圖6為不同延遲時間條件下的傳統PID控制階躍響應輸出曲線。

　　當云機器人的網絡曲線較小時，并不會對控制系統造成影響•但是隨著控制系統延遲時間的增加，其對控制系統的負面影響逐漸顯現可以發現，在不同延遲時間條件下，內模PID控制器的系統動態性能完全優于傳統的PID控制器的動態性能，尤其是當系統延遲時間增大到150%時，內模PID控制器的系統依然可控，且具有良好的動態性能，而傳統的PID控制器在延遲時間增大到150%時，系統就產生了發散，且不可控，動態性能完全丟失•這充分說明本文設計的內模控制方法能夠有效地應用到云控制系統中，并能解決云機器人網絡延時時間的無界、丟包、亂序等控制問題。

　　本文研究了云機器人中的大延時時間問題，討論了大延時時間對于不同控制系統的影響。當云機器人網絡延遲時間較小時，并不會對控制系統造成影響•但是隨著控制系統延遲時間的增加，其對控制系統的負面影響逐漸顯現。仿真結果表明，本文所提出的內模PID控制器能夠有效地解決云機器人網絡時延的無界、丟包、亂序等控制問題;合理的設計過程驗證了將本文所提出的內模PID控制器應用到云端控制網路系統的可行性。

　　相關論文范文閱讀：交叉足步行機器人設計

　　摘要：隨著社會的進步與發展，機器人出現在人們視野，并逐漸代替人們服務于各行各業。論文通過設計制作交叉足機器人，來對雙足機器人的控制系統和步態穩定性作出探究。并對機器人進行合理的結構設計和步態規劃，提高了機器人總體的穩定性。該交叉足機器人的制作本著創新，實用為目的，為最后生產出可以服務于人類，并在社會中發揮作用的機器人提供一些有益借鑒，且符合社會進步發展的需要。