虚拟现实辅助机器人遥操作技术研究

本文以水下机器人的遥操作作业为应用背景,提出并实现了虚拟现实技术和视觉感知 信息辅助机器人遥操作实验系统．该系统使用了CAD模型和立体视觉信息完成遥操作机器人 及其作业环境的几何建模和运动学建模,实现了虚拟作业环境的生成和实时动态图形显示． 采用了基于立体视觉的虚拟环境与真实环境的一致性校正、图形图像叠加、作业体与环境位 姿关系建立、基于网络的监控通讯等关键技术．在这个实验系统中,操作人员可利用所生成 的虚拟环境,在多视点、多窗口作业状态图形和图像显示帮助下,实时动态地进行作业观测 与机器人遥操作与运动规划,为先进遥操作机器人系统的实现提供了经验和关键技术．     

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.     

具有虚拟力觉导引功能的机器人网络遥操作系统

为实现机器人网络遥操作系统中从端机器人和被抓取目标接触前的力觉感知效果,提出了具有虚拟力 觉导引功能的机器人网络遥操作系统控制方法．利用单目视觉技术获得末端执行器相对于被抓取目标的位姿信息, 并将此信息转换为操作者相对敏感的力反馈信息,引导操作者为远端机器人系统提供合适的控制命令,控制机器人 达到期望的位姿．利用手腕相机和人工目标搭建了演示实验系统,并分别进行了机器人位置和姿态遥操作控制实 验．实验结果表明,机器人遥操作系统的可操作性和操作效率有了明显提高．     

医用机器人视频传输与遥操作控制研究

本文主要研究了一种新颖的半自主医用服务机器人,并着重阐述了其视频传输系统和遥操作控制系统的实现.其中视频传输系统采用MJPEG视频编码器对视频进行编解码,实现了对机器人现场视频的实时采集、编码、传输和播放;遥操作控制系统则利用操纵杆实现对机器人的无线实时控制.实验验证了视频传输系统和遥操作控制系统的可行性和有效性.     

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．     

竞争型遥操作机器人系统的研究

针对军事、反恐等领域遥操作机器人特点,首次系统地提出竞争型机器人遥操作系统的概念,并将其与传统协作型机器人遥操作系统进行比较分析,从而得出竞争型机器人遥操作系统的研究重点和特点．在此基础上,构建了一个基于网络的竞争型机器人对弈系统,为今后该方向的研究提供了新的思路．     

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.     

基于ARM核处理器的机器人遥操作系统

针对机器人遥操作控制系统,以嵌入式技术和遥操作为基础,利用Internet实现对远程设备的实时控制,提出一种以嵌入式处理器S3C2410作为机器人服务器、改进型Linux为实时操作系统的嵌入式网络通信系统。该体系结构有效提高了网络化控制系统对实时性的要求,实现机器人控制命令和反馈数据在局域网上的双向传输,完成主从式机器人的网络遥操作。仿真实验结果表明该系统是准确可行的。     

输电线主动除冰机器人后台监控系统的设计与实现

输电线路覆冰在秋冬季节较为常见,人工除冰效率低且危险性较高,而现有的除冰机器人设计上更注重于除冰的机械性能忽略了在覆冰初期主动除冰的重要性导致除冰效果不佳,本文设计一种主动除冰机器人后台监控系统能够在覆冰初期智能预测主动除冰作业,能大幅降低覆冰可能和除冰难度,实现智能化除冰.该系统由除冰机器人本体、数据采集装置、通信模...     

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。     

Augmented reality-based robot teleoperation system using RGB-D imaging and attitude teaching device

Augmented reality (AR)-based programming using the demonstration method has been widely studied. However, studies on AR-based programming for remote robots are lacking because of the limitation of human–computer interaction. This paper proposes an AR-based robot teleoperation system and method using RGB-D imaging and an attitude teaching device. By sending the color and depth images of the remote robot environment to the local side, the operators can complete the teleoperation of the robot at the local side. First, the operators select key positions on the motion path of the robot endpoint from color images via a mouse, and the computer calculates the 3D coordinates of these key points in the robot base coordinate system to complete the position teaching process. In the robot attitude teaching process, the AR technology is used to superimpose the virtual robot model onto the color images of the robot teleoperation environment, so as to make the virtual robot endpoint to move along the teaching path. An operator can use the portable attitude teaching device designed in this study to control the robot movement parameters, such as the attitude and motion speed, during the movement of the virtual robot. After the position and attitude teaching processes, the robot movement trajectory can be generated. To make the base coordinate system of the virtual model consistent with that of the physical robot, we propose an online AR registration method, which does not require manually placing the AR registration marker. The proposed AR-based robot teleoperation system can quickly and easily complete robot teleoperation at the local side.     

A virtual-physical collision detection interface for AR-based interactive teaching of robot

At present, online lead-through and offline programming methods are widely used in programming of industrial robots. However, both methods have some drawbacks for unskilled shopworkers. This paper presents an Augmented Reality (AR)-based interactive robot teaching programming system, which virtually projected the robot onto the physical industrial environment. The unskilled shopworkers can use Handheld Teaching Device (HTD) to move end-effector of virtual robot to follow endpoint of the HTD. In this way, the path of the virtual robot can be planned or tested interactively. In addition, collisions detection between virtual robot and physical environment is key to test the feasibility of robot path. So, a method for detecting virtual-physical collisions is presented in this paper by comparing the depth values of corresponding pixels in depth image acquired by Kinect and computer-generated image in order to get collision-free paths of the virtual robot. The Quadtree model is used to accelerate the collision detection process and get distance between virtual model and physical environment. Using the AR-based interactive robot teaching programming system presented in this paper, all workers even unskilled ones in robot programming, can quickly and effectively get the collision-free robot path.     

微操作机器人系统拟实环境的建模与实现

建立微操作机器人的拟实环境结构, 应包括微操作环境的建模、微操作工具的建模及模型叠加三部分; 本文就微操作环境的建模与实现和微操作工具的建模与实现这两部分的关键技术: 图像传输、虚拟微操作器的生成、虚拟显微镜、虚拟成像过程及虚拟控制器给出了实现方案, 并在基于微机的硬件结构和VisualC ++及OpenGL组成的软件环境里, 得到了虚拟微操作环境和虚拟微操作工具的动态模型.     

空间机器人视觉伺服半物理仿真的原理与实现

针对在地面很难对空间机器人目标捕获过程进行微重力环境下的真实实验问题,建立了半物理仿真系统,以对图像处理、路径规划以及控制等关键算法进行验证,该系统的关键在于将"虚拟环境"与"真实环境"结合起来,利用真实视觉对虚拟环境进行3D重构,以计算目标的相对位置和姿态,实现对视觉伺服控制的闭环仿真.从理论上推导了半物理仿真的原理,并提出了等效投影模型的标定方法,仿真结果表明了该方法的有效性.     

基于虚拟人设计与实现机器人舞蹈动作的一种方法

基于三维虚拟人的骨骼模型仿真实现了机器人的舞蹈动作。分析了机器人舞蹈动作运动的基本规律和实现动作的基本方法,基于此建立了三维虚拟人实现机器人舞蹈动作的关键帧数据库,在此基础上利用中间帧的过渡函数实现了虚拟人骨骼模型仿真机器人舞蹈动作的方法。实验中利用NOBODY机器人舞蹈视频实现了三维虚拟人骨骼模型的仿机器人的舞蹈动画,结果证明了方法的正确性和可行性,对于机器人的三维虚拟化和仿真研究具有重要意义。     

基于增强现实的机器人远程控制系统研究

虚拟现实技术的应用使远程控制系统得到发展,增强现实技术是虚拟现实技术的拓展,它将计算机生成的虚拟物体叠加到用户感知的真实世界中.提出并实现了一种基于增强现实的机器人远程控制系统,并就其结构和关键技术进行详细的说明,实验及运行结果表明该系统能有效地改善人机交互能力,并能提高远程控制的精度.     

基于虚拟现实的机器人离线编程技术的研究

介绍了一个基于虚拟现实技术的机器人离线编程系统.对系统结构作了描述,讨 论了机器人虚拟仿真环境建模技术、基于虚拟现实设备的机器人任务生成技术、碰撞检测算 法.该系统建立了基于虚拟现实技术的高级人机交互接口,使机器人离线编程更加快速、方便 和直观.     

虚拟现实技术下分拣机器人嵌入式遥控系统设计

为了解决当前遥控系统控制分拣机器人执行既定任务时存在目标轨迹跟踪效果不佳、跟踪误差较大,任务执行成功率较低、失误率较高以及系统响应延迟时间较长等缺点,提出并设计了基于虚拟现实技术的分拣机器人嵌入式遥控系统,研究通过分析虚拟现实系统组成结构基础上,将虚拟现实技术与分拣机器人技术有机结合,依据模块化、标准化、开放性和可用性原则,利用虚拟现实技术设计了具有临场感的操作指令输入输子系统和分拣机器人具有真实感的虚拟场景仿真子系统的嵌入式遥控系统;并给出了嵌入式遥控系统的基本功能单元和具体操作流程;依据该流程采用QNX Neutrino系统作为分拣机器人本体控制器,同时采用工业现场总线EtherCAT作为系统网络通信支撑,设计了嵌入式遥控系统软件控制程序,完成了基于虚拟现实技术的分拣机器人嵌入式遥控系统设计。模拟实验结果验证了设计系统的有效性,获得了较好的目标跟踪效果,减小了跟踪误差,提高了分拣机器人任务执行成功率,同时提高了系统效率。     

工业机器人虚拟样机系统的研究

该文提出将虚拟样机技术应用于工业机器人仿真研究过程，研究与开发工业机器人虚拟样机系统，首先说明虚拟样机技术并分析其关键技术，然后说明了工业机器人虚拟样机系统的构成与样机系统在机器人仿具研究中的研究内容，总结该项技术主要解决以下两方面的问题，即机器人仿真研究中的系统集成及为以机器人为主体的生产线虚拟设计，验证环境提供底层的数字化环境。