基于虚拟现实的机器人遥操作关键技术研究

机器人遥操作是实现空间、医疗及深海等领域作业的重要手段,基于虚拟现实的机器人遥操作是克服时延的有效方法,具有透明性强、稳定性高的优点,成为当前机器人遥操作的主要方式。首先分析了基于虚拟现实的机器人遥操作系统的关键组成部分,并对其关键模块的具体作用进行了介绍;其次,归纳分析了各类虚拟现实环境建模方法,主要从几何建模和动力学建模方面展开,阐述了每种方法的应用领域、主要特点;此外,进一步分析了遥操作虚拟夹具设计的构建方法及适用领域。最后对当前存在的难点进行总结,指出今后研究的思路。     

基于虚拟现实的空间机器人遥操作地面实验研究

以空间机器人在轨服务为背景,建立了基于虚拟现实的机器人臂/灵巧手遥操作地面实验系统,模拟了空间机器人遥操作的情形.系统主要包括虚拟环境建模、人-机交互接口设计、机器人运动学建模和时延模拟环节.利用该遥操作系统,在模拟的地面-空间大时延（约10 s）遥操作条件下,完成了销孔装配的典型空间装配任务.验证了在结构化环境中遥操作时,虚拟现实技术克服大时延影响的有效性.     

纹理触觉再现技术的研究现状及发展

物体一个非常重要的触觉特征是它具有表面纹理信息,人们可以通过触摸物体获得这种感觉.在虚拟现实或遥操作领域,将虚拟的或远地的物体的纹理信息再现并作用于操作者手部,不仅可以增强系统的临场感,而且可以帮助操作者识别不同特性的虚拟物体.触觉再现技术近几年已成为虚拟现实和遥操作领域研究的前沿技术,文中介绍了当今世界上仅有的几种可以再现纹理触觉的方法,并比较他们各自的优缺点.最后,指出纹理触觉再现技术的发展思路.     

大时延环境下的虚拟现实临场感遥操作系统

系统地讨论了基于虚拟现实技术的机器人无线遥控系统,并以液压伺服驱动的工程机器人为研究对象,搭建了具有临场感的机器人遥操作平台.针对遥操作中普遍存在的时延问题,采取视频监控与虚拟现实相结合的技术,通过在控制回路中引入仿真机器人和虚拟环境来解决.基于虚拟现实的遥操作,操作人员直接面向虚拟场景中的图形机器人来完成遥控作业任务,而现场端的视频信息反馈只起到辅助监控的目的,这样就可以利用图形机器人对操作者输入指令的即时响应来避开底层通讯时延的影响,现场机器人的动作是经过一定时间延迟后图形机器人运动的再现.实验表明,本系统可以较好地实现大时延遥操作中的临场感作业.     

基于WEB的机器人遥操作系统虚拟现实的Java 3D实现

基于WEB的机器人遥操作系统结合传统机器人控制技术及INTERNET技术，已成为机器人研究开发的一个热点之一。该文从一个全新的机器人控制角度，借助适用于Internet环境的跨平台的三维图形开发工具Java 3D进行三维建模，来实现虚拟现实的基于Web的机器人遥操作系统。     

遥操作机器人虚拟现实系统研究

研究了一种在灾害现场中进行成块物体搬运工作的遥操作机器人系统,该系统为一个多重临场感系统,可以为操作者提供包括视频反馈、基于OpenGL的虚拟现实系统、力反馈以及运动状态跟随等多种临场感。主要论述了虚拟现实系统中模拟真实世界物体抓取过程的实现,这一过程包括工作对象物体重构、碰撞检测及视点工作方案设计。最后进行了性能评价实验以验证虚拟现实系统的优越性,结果表明,该系统具有良好的交互性和沉浸感,有助于提高遥操作系统的工作性能。     

基于视触融合的遥操作机器人虚拟环境几何学建模修正方法

为了提高遥操作机器人虚拟环境几何学建模的精度,提出了一种基于视触融合的遥操作机器人虚拟环境几何学建模修正方法。首先基于视觉信息通过点云采集和预处理、粗细配准相结合的点云配准、表面重建、位姿测量实现了目标物的几何学建模;之后针对遥操作机器人的应用背景,设计了局部半自主和多指协同相结合的灵巧手控制方式,完成了目标物触觉点云的采集;最后采用视触融合的方法,使用KDtree将视觉点云和触觉点云进行融合,并利用视触融合点云对几何学模型进行修正。通过实验证明该方法对不同材质目标物的几何学建模的几何尺寸误差小于3.6 mm、定位误差小于6.8 mm、姿态角测量误差小于4.3°,且效果均优于基于视觉信息的几何学模型和基于触觉信息的几何学模型。该方法构建的几何学模型既包括了目标物的颜色信息,又提高了几何学模型的精度,且在模型细节处表现良好,有效结合了视觉和触觉两种模态信息的优点。     

遥操作工程机器人的双目视觉定位方法研究

针对遥操作工程机器人视频图像传输时延问题,建立了遥操作工程机器人的双目视觉定位系统,提出一种极线约束法与形态学向量夹角相结合的组合匹配方法对目标物进行立体匹配。该系统通过创建目标物模板,利用此模板识别经立体校正后的图像对上的目标物,并获取特征点,然后采用提出的组合匹配方法对特征点进行立体匹配,并对其三维重建,实现目标物的空间定位。实验表明,该方法匹配计算量小,定位效率高,定位精度满足工程作业要求,可为遥操作工程机器人的视觉提示系统设计提供技术参考。     

空间机器人图形仿真及基于遥操作的路径规划方法

提出了自由漂浮空间机器人的遥操作控制和自主规划控制的仿真系统结构 ,并建立了虚拟现实环境下的空间机器人图形仿真系统。对基于遥操作的路径规划方法进行了研究 ,并给出了仿真实例。     

空间机器人图形仿真及其于遥操作的路径规划方法

提出了自由漂浮空间机器人的遥操作控制和自主规划控制的仿真系统结构，并建立了虚拟现实环境下的空间机器人图形仿真系统。对基于遥操作的路径规划方法进行了研究，并给出了仿真实例。     

基于3DS MAX和OpenGL的遥操作机器人图形建模

以MOTOMAN-SV3X机器人为原型,针对遥操作虚拟预测环境建模的需要,首先将机器人进行分解,在3DS MAX中建立各个局部几何模型,然后在Visual C 6.0环境下读取模型参数,借助OpenGL图形库建立机器人及其工作环境的几何模型,并建立机器人运动的层次关系,实现虚拟从机器人的平滑运动显示.最后,成功完成了虚拟环境中物体抓取的仿真实验.该方法将3DS MAX的强大功能与OpenGL的灵活交互相结合,满足了虚拟预测环境建模的形象和逼真的要求,缩短了开发周期,同时具有良好的人机交互功能.     

基于SFPM的遥操作工程机器人双目视觉定位

为解决遥操作工程机器人作业过程中视频图像传输的时延问题,建立了基于双目视觉的遥操作工程机器人定位系统,提出一种基于单特征点匹配(SFPM)的双目立体视觉定位方法。通过对机器人抓手和抓取物上的单特征点的特征检测和立体匹配,实现特征点的三维信息恢复,并将获取的二者空间坐标和相对距离实时反馈给操作者,为远程遥控机器人逼近并抓取目标物提供判断依据。实验表明:该方法能够对目标物实现快速准确定位,定位精度满足工程作业要求,可为遥操作工程机器人的视觉提示系统设计提供技术参考。     

力觉临场感遥操作机器人技术研究进展

人机交互式机器人作为最具实用价值的特种机器人已成为当前机器人学研究的前沿和热点.临场感(telepresence)技术是人机交互的核心.对临场感遥操作机器人技术的发展和现状作了回顾,对力觉临场感谣操作机器人的三大关键技术:传感技术、力反馈与触觉再现技术、大时延下的虚拟预测环境建模技术等进行了综述;对临场感遥操作机器人技术的最新前沿即基于生物电信息的人机交互技术进行了介绍;最后并介绍了东南大学仪器科学与工程学院机器人传感与控制研究所近10年来开展临场感遥操作机器人技术研究及应用所取得的成果.     

智能机器人：第六讲 机器人传感器（续）

2.机器人的触觉传感器人体可通过对目标物的触、摸、滑、滚、擦等动作获得对目标物的触觉信息,机器人触觉传感器就是按这样的功能模式构建的,它通常用于机器人的手爪与目标物非常接近或接触的场合,从而感知是否接触以及目标物的物理、几何等特征。触觉系统一般比视觉系统结构简单、价格低廉,而且不存在视觉的感受必须有光和受障碍物影响而失去效能的缺点。虽然有人认为“触觉传感器将取代视觉传感器”这一预     

具有感觉机能的气动手爪的研制

本文介绍了新研制的机器人智能手爪的结构和工作过程。它具有接近觉、接触觉和滑觉三种感觉机能,能用最小的力抓取物体。     

遥操作工程机器人运动提示系统研究

为了实现在无线网络环境下遥操作工程机器人的运动临场感,设计一种基于WLAN的遥操作工程机器人运动提示系统。给出了构成该系统的三自由度运动提示平台、液压系统、无线通信系统和测控系统的组成及原理,对运动提示方法、平台运动学及其跟随特性进行了理论分析和实验研究。结果表明,系统组成方案可行,运动提示平台跟随特性较好,跟随精度可满足工程要求。研究结果可为无线网络环境下具有临场感的遥操作工程机器人系统的开发提供借鉴指导。     

基于可视化技术的核电站水下机器人地面站设计

针对当前水下机器人地面控制系统可视化程度低、操控不便的问题,基于可视化技术设计了一套水下机器人的岸上地面站系统。该系统可以控制水下机器人的半自主定航向和定深度航行,接受、储存、回放水下机器人拍摄的录像。采用编程技术实现三维动画空间,结合传感器回传数据控制三维动画显示,真实地反映真实世界中水下机器人的运动姿态、位置、运行状态。结合声纳成像信息、摄像机回传图像信息的综合显示,实现了微小型水下机器人的遥操作控制。     

针对狭窄空间作业的机器人动态视觉系统研究

为应对配网狭窄作业空间内视场遮挡对作业机器人环境感知和定位功能的影响,这里研究了基于遥操作和虚拟/增强现实(VR/AR)技术的高临场感动态视觉感知与定位系统.受人体仅通过弯曲身体就可对物体多角度观测的启发,设计搭建了包含VR头戴设备、六自由度机器人和双目相机的动态视觉感知系统,提出了针对该系统的异构型主从遥操作逆运动学模型,并建立了观测目标绝对位置粗定位模型.试验表明,这里建立的动态视觉系统具有较高临场感,双目相机对VR设备的位置跟踪平均误差≤1.7mm,姿态跟踪平均误差＜2.36°;另一方面,系统在5个不同角度下对一个距离1.1米的红色固定小球球心的空间定位偏差≤1％,能为操控人员提供较精确较高的目标粗定位信息.     

基于虚拟现实的踝关节康复机器人的综述

根据国内外踝关节康复器械的研究现状,提出了基于虚拟现实的踝关节康复机器人的构成,其本质是一种触觉感知接口。从医学、虚拟现实技术和触觉感知接口技术的角度,阐述了亟待解决的虚拟现实建模、三维图形处理、系统融合、透明性、灵敏度等关键技术。分析了康复方案及功能评价策略的制定。     

基于电子皮肤的机器人运动感知算法研究

为了使机器人在光线不足、黑暗、沙尘等环境下感知目标物体的运动,提出了基于电子皮肤的机器人运动感知算法。算法首先使用电子皮肤作为触觉传感器采集触觉图像,接着利用柔性基底和图像形态学技术改善触觉图像;然后通过识别触觉图像形心和配准最优旋转来计算目标的平移和旋转;最后使用线性回归模型拟合平移距离和旋转角度以计算运动速度,完成运动感知。此外,使用高精度并联定位平台验证了算法精度,算法计算平移距离及速度的最大误差不超过2.7%和6.0%,计算旋转角度及速度的最大误差不超过9.7%和4.0%。该结果表明机器人触觉能在极端的工作环境下代替视觉感知物体运动,进而改善与目标的交互,扩展机器人应用场合。