基于Web的机器人遥操作

目前,在基于Internet的遥操作中普遍存在着大时延和有限带宽的问题，严重降低了系统的稳定性与安全性。遥编程技术的提出为这些问题的解决开辟了一条很有希望的道路。应用这一技术，实现了一个基于Web的机器人遥操作实验系统。     

遥操作机器人客户端仿真系统的设计与实现

该文面向空间机器人遥操作,应用三维预测仿真和遥传感器反馈监控技术,建构了遥操作机器人的客户端仿真系统.实现了简单的柔顺力控制操作的仿真.操作员通过仿真系统面向的虚拟环境离线编程,实现对遥操作任务的预演.同时基于遥传感器反馈信息的识别,实现了对远端任务执行进程的监控和状态流图显示.在模拟的大时延情况下,操作员能够在客户端通过局域网控制实验室中的机器人完成精密插孔装配等任务.为进行大时延遥操作提供了算法实验平台.     

无时延感的遥操作实时共享控制仿真

针对遥操作存在大延时和临场感缺失等问题,提出了一种融合多种技术的无时延感的空间遥控机器人实时共享控制系统;重点研究了融合双向力反馈、传感器局部自主控制、图形预显示和遥编程的无时延感遥操作技术;计算仿真实验验证了该系统及其技术的有效性。     

基于时延预测的遥操作机器人预测显示方法

为了解决大时变时延遥操作系统的预测显示问题,提出了一种基于时延预测的预测显示算法,该算法把时变时延在时间维度上对主从控制信号的拉伸和压缩作用看作是系统扰动,并利用时延在线预测结果对该扰动进行前馈补偿.首先,对基于预测显示的遥操作系统进行动力学建模,并计算出了包含时延扰动的预测显示机器人的期望控制量.然后,以时延组成最为复杂的空间遥操作系统为例,分析了遥操作系统通讯时延的产生机理,并根据其产生机理、模型和统计规律对通讯时延进行在线预测.最后,本文在理论上分析了利用时延预测结果对上述扰动进行补偿的可行性和有效性,并在理论验证遥操作平台上进行了对比实验.实验结果表明,在大时变时延下该算法的速度预测相对误差和接触力预测相对误差在误差峰值处分别比无时延预测的预测显示方法降低了30.9%和56%.     

多通道延时遥交互研究综述

多通道遥交互(Multimodal Tele-interaction,MMTI)旨在通过使用多种交互设备和协作方式,并利用多交互通道间的互补特性,以便有效传达和理解用户交互信息,提高交互效率,增进交互自然性,最终使用户能够以“预期的想法”完成遥交互任务。近年来,随着多通道遥交互的发展,人们对深空、深海和远程医疗的探索和开发不断增强,由于通信时延的约束,多通道遥交互面临着交互异步和通道缺失等问题,对用户行为、心理和认知等人素特性产生了根本影响,切断和阻碍了交互通道的连续性、实时性和自然性,降低了交互的用户体验,并进一步影响了系统的有效性,因此迫切需要对大时延约束下的多通道遥交互技术进行研究。分析了国内外研究现状,给出了遥交互的一个定义,讨论了遥交互研究问题和关键技术(包括时延、异步和缺失问题),讨论了其关键应用领域,最后展望了遥交互的发展趋势和研究挑战。     

变时延力反馈遥操作机器人系统的内模控制

针对遥操作机器人通讯信道变化时延破坏系统稳定性和透明性的问题,为力反馈遥操作系统建立了内模控制结构,设计了两端控制器,并给出了有界时延摄动下系统鲁棒稳定和满足鲁棒性能准则的控制器参数范围,使系统在变时延下依然稳定并具有良好的透明性．给出的控制方法不仅对时延状况适应性强,而且控制器参数少,相关度低,依据不同性能要求进行选取的灵活性大．     

虚拟现实辅助的空间遥操作系统设计

虚拟现实技术是解决具有大变时延特点的空间机器人遥操作过程的关键技术之一.针对空间遥操作过程的大变时延、带宽有限、单次操作弧段短、人在回路中易出现时空分离感的特点,利用虚拟视觉和虚拟夹具辅助的虚拟力反馈技术设计并开发了一套空间机器人遥操作系统,避免了传统遥操作作业过程的“运动-等待”现象.重点分析了空间遥操作过程的特点,给出了遥操作系统的运行原理,论述了立体视景的构建过程,提出了虚拟力生成原理和速度型虚拟夹具原理,讨论了系统实现过程中的关键技术,并通过目标停靠试验验证了设计的空间遥操作系统能够准确、快速地完成空间r操作任务.     

具有变时延的机器人遥操作监视系统的实现

主要分析了遥操作机器人监视系统的时延特性,介绍了在局域网内实现具有变时延的图像和力信息传输的方法,在局域网内构建了具有大时延的遥操作监视系统,为实现预见显示模式下的遥操作机器人提供了可靠的实验平台.     

力觉临场感遥操作系统的研究进展

力觉临场感遥操作机器人系统是一种新型的机器人控制系统，目前研究中系统存在的控制通信时延是严重影响系统的操作性能，甚至使系统不稳定的主要原因之一，当利用Internet网络传输信号时，时延是时变的，不确定的，对系统的影响更为明显，因此意在介绍国内外力觉临场感遥操作机器人系统的发展状况以及在克服时延对系统影响方面所取得的最新研究进展，同时指出研究中存在的问题，及对进一步研究提出一些看法。     

面向多机器人遥操作的分布式预测图形仿真系统

在遥操作机器人系统中,由于存在通信传输时延,可能导致控制系统不稳定,从而降 低遥操作的效率和安全性．目前多采用预测仿真的方法来克服．在多机器人遥操作系统不但 要克服时延的影响,还要能控制机器人协调地完成遥操作任务．我们开发了一个面向多操作 者 多机器人遥操作的分布式预测图形仿真系统,实现了对多机器人遥操作系统的预测仿真 ,多个操作者可以通过人机交互接口遥控各自的机器人,相互协调完成遥操作的任务．初步 的实验表明该系统能够克服时延的影响,并能实现多操作者 多机器人的协调遥操作．这对 空间站机器人科学实验、多航行器对接等方面的研究有理论参考价值．     

绳驱超冗余空间柔性机械臂遥操作系统设计与实验研究

针对绳驱超冗余空间柔性机械臂的运动特点和在大范围工作空间快速运动、避障及狭小空间作业和触碰情况下精细操作等在轨遥操作任务需求,设计并研制了适应多种工况的基于手控器和虚拟现实（VR）手柄组合的遥操作人机交互系统。对狭小空间作业和避障等工况进行分析,提出了基于自由度动态组合和末端―臂形同步规划的遥操作方法。最后,完成了穿越卫星太阳帆板狭缝的典型实验,实验验证了遥操作系统的工程实用性,以及柔性机械臂遥操作运动规划方法的可行性。因此,配合使用多种人机交互方式组合的遥操作系统和相应的运动规划方法,可使操作者以更加直观自然的方式参与到遥操作系统中,有效提高操作员完成复杂遥操作任务的安全性和操作性能。     

适用于空间机器人遥操作系统数据通信的纠错编码

本文首先介绍了一般机器人遥操作系统在通信中使用的差错控制技术，接着根据空间机器人遥操作系统中通信信道的特点，提出采用Reed-Solomon（RS）码作为空间机器人遥操作系统的遥测数据和遥控数据的纠错编码，用软件实现了基于有限域GF(2^8) 的通用编译码算法，最后分析了在空间遥操作原型系统中应用RS码后的误码性能。     

An operator interface for teleprogramming employing synthetic fixtures

In the teleprogramming system an operator is presented with a virtual reality representation of a remote environment. The operator's interaction within that virtual environment is observed and translated into a sequence of robot program instructions for transmission to, and execution by, a robot at the remote site. In this paper we focus on operator interaction with the master station of the teleprogramming system. The use of synthetic fixtures to provide force and visual clues to assist the operator in performing tasks with speed and precision is discussed. It is suggested that, at least in some situations, it is both necessary and desirable to trade off realism for improved task performance. The difficulty of coping with exceptional conditions and, in particular, uncertainty in the world model used to generate the virtual environment is described and the operator interface for diagnosing and resolving errors is presented. An overview is also given of both the hardware and software used to implement master station for the teleprogramming system.     

Nonlinear trilateral teleoperation stability analysis subjected to time-varying delays

A trilateral teleoperation system facilitates the collaboration of two users to share control of a single robot in a remote environment. While various applications of shared-control trilateral haptic teleoperation systems have recently emerged, they have mostly been studied in the context of single-DOF, LTI robotic systems. On the other hand, robotic manipulators with multiple degrees of freedom (DOF) and therefore nonlinear dynamics have recently found many applications such as in robotic-assisted surgery and therapy, space exploration and navigation systems. In this paper, considering the full nonlinear dynamical models of multi-DOF robots, stability analysis of a dual-user haptic teleoperation system is considered over a communication network subjected to asymmetrical time varying delays and through a dominance factor suitable for trainer–trainee applications. Stability in free motion and contact motion and asymptotic position tracking of the trilateral haptic teleoperation system in free motion are proven via Lyapunov stability analysis and Barbalat's lemma where operators and the environment are assumed to be passive. Simulation and experimental results concerning robot position tracking and user-perceived forces for three 2-DOF robots and experimental analysis of user-perceived stiffnesses for three 3-DOF robots validate the theoretical findings pertaining to the system stability and demonstrate the efficiency of the proposed controller.     

Description of Instantaneous Restriction Space for Multi-DOFs Bilateral Teleoperation Systems Using Position Sensors in Unstructured Environments

This paper investigates a novel position-sensor-based force reflection framework for multi-degree-of-freedom (DOF) bilateral teleoperation systems in unstructured environments. The conventional position-sensor-based force reflection method, which is known as position error feedback, may generate grossly inaccurate force reflection directions during collisions involving the slave manipulator links. The proposed restriction space projection framework calculates the instantaneous restriction space to provide the accurate force reflection, regardless of kinematic dissimilarity (KDS) conditions of bilateral teleoperation systems. Simulation results confirmed the validity of the proposed framework in a KDS bilateral teleoperation system under various constraint conditions.     

空间遥操作机器人主从双边自适应内模控制

天地大时延严重破坏具有力反馈的空间遥操作机器人系统的稳定性和透明性;针对天地大时延和未知的从手操作环境,基于内模控制和自适应控制思想设计一种自适应内模控制器;推导从手环境参数辨识模型,基于带遗忘因子的递推最小二乘滤波辨识环境模型,并利用辨识信息构建自适应内模控制器;基于单参数SNPIDC算法分别设计主手和从手自适应控制器;大量的仿真结果证明,在设计的主从双边自适应内模控制器作用下,空间遥操作机器人系统稳定性好,对未知环境适应能力强,系统透明性好,阻抗匹配程度高,且操作人员临场感强。     

空间力觉临场感遥控作业系统的时延无条件稳定性分析

空间遥控作业系统中存在很长的通信时延,造成遥控作业系统的不稳定和操作性能的降低,为此,从建立力觉临场感遥控作业系统的时延动力学方程出发,利用差分微分方程对系统的无条件稳定性进行分析,实验结果表明该分析方法是行之有效的。     

多自由度遥操作系统的适应性波预测控制

针对波预测方法用于多自由度遥操作系统预测模型适应性差的问题,提出了适应性波预测的控制方法。该方法利用波变量、适应性预测器来保证遥操作系统的稳定并提高系统的透明性和适应复杂多变作业任务的能力。设计三自由度主从遥操作实验,实验结果表明具有适应性的波预测器能够适应从端模型变化的作业环境,系统稳定且具有较高的透明性。