利用冗余信息消除触觉临场感的通信时延

通信时延消除是机器人临场感技术应用中一个极其重要的课题．本文就机器人临场感 中的触觉通信时延问题，以实现触觉再现信息的本地快速重构为出发点，提出并阐述了利用 冗余信息消除触觉临场感空间通信时延的新方法，同时推导出了相应的时延消除算法，仿真 试验验证了该方法的有效性．     

临场感遥操作机器人综述

本文分别综述了视觉临场感遥操作机器人系统、力觉临场感遥操作机器人系统、触觉临场感遥操作机器人系统、运动觉临场感遥操作机器人系统及时延对临场感遥操作机器人系统的影响问题。提出了临场感遥操作机器人技术是一门多传感器、多信息融合的人机交互技术，并指出了其今后的发展方向及研究重点。     

交互式遥操作机器人实验平台中的通信时延问题研究

Internet网络通信时延的特点造成了基于Internet力觉临场感机器人系统的不稳定性和透明性降低.为了能在同一实验室中开展关于通信时延对遥操作系统的影响及如何克服或减小其不利影响的研究,提出了利用缓冲技术模拟网络通信大时延和随机时延的方法.具体介绍了时延模拟的原理、方法和实验测试结果.     

基于虚拟现实的临场感遥控作业系统的研究动向

本文阐述了虚拟现实技术在临场感遥控作业系统中的研究和应用背景、状况和 内容．综述了临场感遥控作业虚拟现实系统的最近进展．重点介绍了它在监控和协作控制、 劣质视觉反馈的遥作及具有通信时延的遥作方面的研究动向．指出临场感遥控作业虚拟现实 系统是今后临场感技术研究和发展的主潮流,并对我国今后在这方面的研究应遵循的基本原 则提出了建议．     

时空二维机器人电触觉临场感模型研究

针对机器人电触觉临场感应用的刺激电流参数设计,阐述了电刺激触觉的实现原理,建立了基于时间和空间的二维电刺激触觉临场感模型,并进一步建立了触觉容许限与刺激电流之间的数学关系．模型分析认为,刺激电流的动态范围是电触觉研究的重要内容,最佳电流是若干触点组最佳刺激电流的集合,极端情况下,各触点的刺激电流须单独进行设定．     

临场感遥操作机器人系统克服时延影响的研究发展策略􀀂

时延问题是临场感遥操作机器人系统中亟需解决的首要问题.为了了解临场感遥操作机器人系统克服时延影响的研究发展策略及其最近的研究进展;指出基于虚拟现实技术的临场感遥操作机器人系统是今后临场感机器人技术研究和发展的主潮流;认为致力于设计并研究对几何建模误差和动力学建模误差均具有鲁棒性的临场感遥操作机器人系统,才是有效地解决系统通信时延问题,并使其系统稳定,又具有良好可操作性的切实可行的办法.     

基于射流方法的几何图形触觉再现技术研究

针对触觉临场感技术中几何形状再现的问题,提出了基于射流触觉方法的几何图形触觉再现技术,论述了射流几何图形触觉临场感再现的原理,探讨了几何图形的触觉表达,并进行了相关实验验证.在实验的基础上,提出并讨论了关于几何图形再现的触觉满意度评估指标.     

基于逆系统理论的力觉临场感机器人系统控制

力觉临场感机器人系统是一个存在通信时延的非线性耦合MIMO系统,因此,直接对其进行远程遥控非常困难。为了解决这个难题,首先运用了逆系统方法将从机械手线性化,并将其解耦成若干个伪线性SISO子系统;同时假设遥控过程中的输入通信通道和反馈通信通道的时延时间都为已知常数,从而将通信时延和伪线性系统作为复合被控对象;最后对每个SISO子系统分别设计了Smith预估器。仿真试验结果证明了该控制方法的有效性。     

机器人临场感的电触觉再现技术研究􀀁

本文在阐述机器人触觉临场感再现技术的相关原理及实现技术的基础上,指出了目前电触觉再现技术中存在的问题,提出了实现电刺激电流在线调节的新构想。文章最后述及了国专家学者关于触觉概念的新观念,并认为在未来一段时间内,与此相关的课题将是触觉研究的重点方向。     

力觉临场感遥操作机器人系统的预测无源控制

针对力觉临场感遥操作机器人系统传输通道中存在大的通信时延，造成系统不稳定和操作性能降低，利用前向神经网络建立从机械手和环境的模型。通过神经网络模型预测从机械手受力，并结合无源控制算法进行控制切换，消除或减少通信时延对系统的影响。文中的实验结果表明了该方法的有效性。     

基于软件定义网络的触觉互联网端到端系统

针对现有蜂窝系统无法满足触觉互联网延迟问题,提出一种基于软件定义网络的触觉互联网端到端系统。首先给出了触觉互联框架;然后提出一种基于软件定义网络（SDN）的多层触觉互联网端到端体系结构,该结构基于5G蜂窝系统,将硬件和软件分离,并提供API以便于系统的控制和管理,网络核心采用SDN并启用网络功能虚拟化（NFV）,系统在多级云单元中使用移动边缘计算（MEC）,减少通信过程中涉及中间节点的数量,从而减少延迟。实验结果表明该架构在5G高速率下能够得到毫秒级延迟,说明所提框架的可行性和有效性。     

具有触觉临场感和肌电仿生控制功能的遥控机械手研究

提出了一种结合触觉临场感和肌电仿生控制技术的遥控机械手控制方法．采集手臂皮肤表面的肌电信号（表面EMG）,结合AR模型和贝叶斯分类方法判断出手部的运动模式,控制机械手完成相应的动作．触滑觉组合传感器以压电材料PVDF为敏感体,安装于遥控机械手的手指上．机械手抓握或触摸物体时产生触滑觉,触滑觉信号经处理后通过电刺激来刺激操控人员,实现触觉临场感;操控者可根据触觉临场感来掌握自己的手部动作．实验表明,所提方法能提高遥控机械手的仿生控制能力．     

Remote Tactile Transmission with Time Delay for Robotic Master–Slave Systems

This study develops a method to compensate for the communication time delay for tactile transmission systems. For transmitting tactile information from remote sites, the communication time delay degrades the validity of feedback. However, so far time delay compensation methods for tactile transmissions have yet to be proposed. For visual or force feedback systems, local models of remote environments were adopted for compensating the communication delay. The local models cancel the perceived time delay in sensory feedback signals by synchronizing them with the users' operating movements. The objectives of this study are to extend the idea of the local model to tactile feedback systems and develop a system that delivers tactile roughness of textures from remote environments to the users of the system. The local model for tactile roughness is designed to reproduce the characteristic cutaneous deformations, including vibratory frequencies and amplitudes, similar to those that occur when a human finger scans rough textures. Physical properties in the local model are updated in real-time by a tactile sensor installed on the slave-side robot. Experiments to deliver the perceived roughness of textures were performed using the developed system. The results showed that the developed system can deliver the perceived roughness of textures. When the communication time delay was simulated, it was confirmed that the developed system eliminated the time delay perceived by the operators. This study concludes that the developed local model is effective for remote tactile transmissions.     

无源散射变换的双边移动机器人网络遥操作

网络遥操作系统的随机时延给控制器设计带来巨大挑战,严重时破坏系统的稳定性。首先对遥操作无源理论及其波变量控制方法做了简单综述,然后提出直接无源散射变换方法,它将无源双边控制方法推广到具有随机时延的网络遥操作系统中去,保证网络遥操作系统在任何不对称随机网络时延情况下稳定。最后基于此变换方法设计了一个虚拟主从手双边移动机器人网络遥操作方案,并进行了仿真验证,结果表明结出的设计方法能满足系统性能要求。     

基于小波ARMA延迟预测的Internet远程控制

针对Internet网络控制中延迟变化所引起的系统不稳定问题,该文提出了一种基于小波ARMA多尺度预测的延迟时间预测方法,并将其与Smith预估器结合应用于Internet网络控制中,解决了在随机时变的数据包传输延迟情况下Internet网络控制系统的有效控制问题。以直流电机为例验证了预测算法的可行性和有效性。     

神经网络预测远程控制系统中信息延时的研究

针对网络控制系统中前向通道和反馈通道同时存在随机延迟及延时不确定的问题,通过实例分析了随机延时对闭环控制系统影响的根源,提出了通过基于神经网络的预测控制方法解决存在网络随机延时的控制系统闭环控制的可行性。仿真结果表明该方法能够反映并预测该测量数据所代表的网络路径之间的时延特性,并能在基于Internet的闭环控制系统的设计中有效地替代实际网络进行研究;而所用的方法具有快速、准确的特点,能用于在线学习网络模型并对网络的时延值进行预测,为基于Internet的远程闭环控制提供了新的思路。     

网络化控制系统时延测量、分析与预测

针对网络化控制系统（NCS）中的随机时变时延,采用自行开发的基于应用层的测试软件,按照IETF（The Internet Engineering Task Force）的RFC2544规范,进行了6个多月实际测量,获得了170余万个网络时延数据;通过对实验数据进行相关分析,建立了网络时延的自适应自回归（AR）模型;并用自适应最小均方差（LMS）算法对实测的网络时延进行了估计和预测,实验结果表明了算法的有效性。