力觉临场感遥操作机器人(4):系统的操作性能评价

力觉临场感遥操作机器人系统是一种典型的人-机-环交互系统,临场感是遥操作的核心.如何评价力觉临场感遥操作机器人系统的操作性能即临场感程度,目前大多采用基于人机工效学的主观评价分析方法.通过建立力觉临场感遥操作机器人系统的二端口网络模型,对操作者在遥操作过程的感知和控制行为进行了分析,给出了虚拟阻抗的定义,以此为基础提出了可定量评价系统操作性能即力觉临场感程度的阻抗比较法.利用阻抗比较方法对现有的4种不同反馈控制结构遥操作机器人的操作性能作了分析与评价.     

力觉临场感遥操作机器人(3):环境的动力学描述

力觉临场感遥操作机器人系统是一个典型的人-机-环交互系统.环境是遥操作机器人系统最终的环节,也是操作者感知和作用的对象,环境的动力学特性对整个遥操作机器人系统的控制性能会产生直接的影响.通过分析环境在力觉临场感遥操作机器人系统中的动力学特性,建立了环境在碰撞接触、线性平稳接触和非线性平稳接触3类情况下的动力学模型,并给出了模型的等效阻抗形式,为力觉临场感遥操作机器人系统的分析提供了基础.     

基于无线通信的临场感遥操作机器人研究

以临场感遥操作机器人为研究对象,重点论述临场感遥操作机器人的无线通信系统.该系统在硬件上使用了无线发射、接收装置与无线网卡进行数据通信,软件上使用WinSock通信方式与多线程技术相结合,实现了临场感遥操作机器人的远程控制.     

外科手术机器人技术发展现状及关键技术分析

外科诊疗是医疗机器人研究和应用最广泛也是比较成熟的领域,目前研究主要集中在脑神经外科、整形外科、介入式无损检测、角膜移植等领域.为促进我国医疗机器人技术的研究和发展,在充分论述医疗机器人研究意义的基础上,对国内外典型外科手术机器人的研究及应用状况作了详细介绍,并对研究医疗机器人所涉及的手术机器人机构、医学三维图像建模、虚拟手术仿真、遥操作网络传输等关键技术进行了详尽的分析,同时指出了今后的发展方向.     

外科手术机器人技术发展现状及关键技术分析

外科诊疗是医疗机器人研究和应用最广泛也是比较成熟的领域，目前研究主要集中在脑神经外科、整形外科、介入式无损检测、角膜移植等领域．为促进我国医疗机器人技术的研究和发展，在充分论述医疗机器人研究意义的基础上，对国内外典型外科手术机器人的研究及应用状况作了详细介绍，并对研究医疗机器人所涉及的手术机器人机构、医学三维图像建模、虚拟手术仿真、遥操作网络传输等关键技术进行了详尽的分析，同时指出了今后的发展方向．     

基于临场感的遥操作机器人共享控制研究综述

共享控制策略作为基于临场感的遥操作机器人的主要控制模式,能够充分利用操作者的感知、判断和决策能力,也能发挥出机器人自身的优势. 阐述遥操作机器人临场感技术;综述遥操作共享控制策略的发展现状,主要基于触觉反馈引导、运动学限制规避以及共享因子分配等,对各控制策略的原理进行介绍,并梳理和分析遥操作共享控制策略发展中的瓶颈和不足,如共享因素的单一化或僵硬化、时延问题和机器人自主判断能力有限等问题. 针对研究存在的局限性,从3个方面对未来的发展提出展望,分别为提升干预水平、加强机器人意图预测、结合机器学习, 具有一定的指导意义.     

遥操作工程机器人改进力反馈控制方法

针对力觉临场感遥操作工程机器人双向液压伺服控制系统,在采用p-f型控制结构时,容易产生反馈力冲击问题,提出了基于T-S型模糊推理逻辑构造一个非线性模糊变增益力反馈系数,构成改进的力反馈控制方法。设计了RBF-PID型参数可调控制器,形成双向液压伺服控制系统,通过实验验证了改进方法的有效性。实验结果表明,改进的力反馈控制方法既能保证从手对主手的位置跟随精度,又能使主手连续的跟随从手受力情况,减小了反馈力冲击现象,增加了力反馈的平顺性。提高了力反馈遥操作工程机器人系统的操作性能和透明度。     

计算机辅助外科手术中医疗机器人技术研究综述

在计算机辅助手术领域中医疗机器人技术是目前一个研究热点。介绍医疗机器人技术的概念以及在计算机辅助手术中应用的必要性;针对医疗机器人技术在计算机辅助手术领域中的国内外研究现状,从骨外科、神经外科、窥镜外科和介入治疗等四个方面,分别进行了详细综述,并介绍具有代表性的外科手术机器人系统;通过分析医疗机器人当前的研究现状,指出内窥镜外科手术机器人将是未来医疗机器人的发展方向,通过探讨内窥镜外科手术机器人所涉及的四个亟待解决的问题,指出了需要进一步研究和发展的方向。     

智能机器人研究所简介

华北电力大学计算机科学与技术学院智能机器人研究所致力于研究智能机器人基本理论及其在关键技术上的创新，以及开发实际应用的电力工业特种机器人。主要研究方向如下：机器人智能与控制技术、机器人感知与多传感信息融合技术、基于网络环境的机器人遥操作技术、足球机器人技术（多智能体协调与合作）、空间机器人技术、智能机器人在电力工业中的应用。     

遥操作工程机器人力觉双向伺服控制系统

针对并行机构的力反馈双向液压伺服控制中所存在的反馈力冲击大及位置跟随差的问题,提出了一种以主、从手之间的力偏差作为主动端控制信号,位置偏差和力偏差形成从手控制量的改进并行型力觉反馈控制算法;结合遥操作工程机器人主从控制的特点,建立了该算法的动力学模型;搭建并分析了两自由度双向伺服控制实验系统。实验结果表明,该控制算法明显改善了主、从控制系统的操纵性能,操作者能够获得真实的力觉临场感,同时具有控制简单、收敛速度快、实时性好的特点。     

Research on Master-slave Telerobot Force Telepresence Technology

ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＭａｓｔｅｒ－ｓｌａｖｅＴｅｌｅｒｏｂｏｔＦｏｒｃｅＴｅｌｅｐｒｅｓｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣＡＩＨｅｇａｏＣＨＥＮＷｅｉｄｏｎｇＪＩＡＧｕｏｗｕＺＨＡＯＪｉｅ（蔡鹤皋）（陈卫东）（贾国武）（赵杰）（ＲｏｂｏｔＲｅｓｅａｒｃｈ...     

基于Internet的遥机器人控制系统

为减小基于Internet的遥机器人系统中网络延时给机器人可控性带来的极大影响,基于所开发的智能运动控制器,以KLD-400机器人为被控对象搭建了一个具有力觉反馈的虚拟现实遥机器人系统,用3DS MAX＋OpenGL＋Visual C＋＋6．0完成了机器人三维图形仿真系统的设计．通过模拟仿真实现对机器人的预测控制,并对遥操作过程中控制信息的传输时延进行了补偿,提高了遥操作的可靠性和准确性．视频信息的传输采用多线程多缓冲技术,保证了视频传输的实时性,并实现了视频图像与仿真图形的融合．实验结果证明了该系统的优越性．     

基于虚拟现实的遥操作机械臂三维预测仿真

首先介绍机器臂的基本模型，然后阐述基于虚拟现实的遥操作机器人系统结构，提出运用VRML—JAVA技术在微机上对关节型机械臂进行运动仿真研究．结果表明：在机器人遥操作中，应用虚拟现实技术可以预测显示机器人的运动轨迹，实现对远端机器人进行预测控制。     

Master-slave robot force telepresence technology

0　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＡｍａｓｔｅｒ ｓｌａｖｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｒｏｂｏｔｔｅｌｅｐｒｅｓｅｎｃｅｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｔｗｏｍａｊｏｒｐａｒｔｓ :ｔｈｅｍａｓｔｅｒａｎｄａｎｄｔｈｅｓｌａｖｅ .Ｔｈｅｍａｓｔｅｒ,ｗｈｉｃｈｉｓｓｏｍｅｔｉｍｅｓｃａｌｌｅｄｈａｎｄｃｏｎ ｔｒｏｌｌｅｒ ,ｉｓｕｓｅｄｔｏｇｅｎｅｒａｔｅｃｏｍｍａｎｄｓｔｏｔｈｅｓｌａｖｅｒｏｂｏｔ.Ｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｓｆｅｄｆｏｒｗａｒｄｆｒｏｍｔｈｅｈａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｔｏｔｈｅｓｌａｖｅａ…     

基于人手指力学特性的虚拟手接触力生成

为了增强虚拟手交互的真实性和沉浸感,提出了一种考虑人手指力学特性的虚拟手接触力生成方法.通过分析虚拟环境中几种重要的接触力生成算法,结合人手的感知特性,构建了人手指接触力测量平台,研究了手指接触力和接触面积之间的关系,提炼出以接触面积为变量的指尖接触力的力学模型.仿生手的生理组织构造,分层建立虚拟手指的几何模型和运动模型,提出了虚拟手指接触面积的求解算法.实验结果表明,采用该虚拟手交互接触力生成算法,当虚拟手指触摸虚拟物体时,用户可感受到逼真的接触力觉.     

异构型遥操作系统的定位与接触控制研究

与同构型机器人遥操作系统不同,在异构型机器人遥操作系统中,操作者往往对目标物的精确定位和接触力的判断不足,当从机器人接触到外部环境时缺乏良好的临场感,导致操作精度不足。针对此类问题,该文提出了一种基于机器人工作空间转换与直接力反馈结构相结合的目标物定位与接触遥操作控制方法。该方法首先将机器人的关节空间转换到工作空间,再对异构型主从机器人不同的工作空间进行映射匹配,然后在直接力反馈式的遥操作结构下与力传感器共同作用,并辅以摄像机,使得操作者可以精确地操作远端环境中的机器人,从而准确地接触到目标物及获取目标物的位置,进一步准确判断从机器人在外部环境中所接触到的物体属性。该方法借助力反馈进行目标物定位与物体属性判断,较之复杂的机器人视觉标定方法更加简单易于操作,其有效性也在搭建的异构型机器人遥操作实验平台上得到了验证。