基于立体视觉的机器人焊接遥操作研究

研究了在立体视觉辅助下的机器人焊接遥操作技术.将立体视觉显示技术和机器人遥操作技术相结合,显著提高了焊接遥操作系统的操作性能.自主开发了基于PC的页面交互显示的立体视觉系统,以空间鼠标作为输入机器人控制命令的手控器,精确地控制远端焊接机器人的定位和跟踪焊缝.深入研究了手动跟踪焊缝的控制算法和遥控示教技术,以提高焊接遥操作的灵活性.焊接遥操作在立体视觉辅助下比二维视频监控辅助下跟踪焊缝的精度有大幅度提高,能够遥控示教空间曲线焊缝,系统操作简单,灵活.     

基于模型的水下机器人视觉悬停定位技术

根据7000米载人潜水器水下作业的需要和特点,提出了一种基于单目视觉位姿测量原理的水下机器人悬停定位方法,构建了包含水下目标识别与跟踪、三维位姿计算及水下机器人控制三项关键技术的水下演示实验系统。以自行研制的水下机器人控制系统实验研究平台为实验载体,以4个按正四面体分布的小球构成的合作目标为观察目标,在室内实验水池中实现了水下机器人悬停与定位演示实验。实验结果显示,系统能够弓I导机器人运动到指定位姿并实现稳定的悬停和定位。该项研究为基于模型的单目视觉三维位姿测量技术开辟了水下机器人应用新领域。     

光学定位机器人微创手术系统视觉伺服控制

为满足机器人辅助微创手术系统手术中轨迹跟踪和绝对定位的高精度要求,为其研制了一个基于光学定位的视觉伺服系统.该系统采用光学跟踪定位手段,实时测量机器人末端位姿并反馈,在光学测量空间实现全局闭环的位姿校正控制,使影响机器人轨迹跟踪和定位精度的主要误差因素得到有效校正,从而保证了机器人跟踪和定位的高精确度.分析了系统的组成和工作原理,提出一种笛卡儿空间位姿校正和关节空间速度控制综合的轨迹跟踪控制方法,仿真结果验证了该方法的有效性.     

改进最小二乘法双目视觉位姿测量技术研究与测试

由于工件表面油污、光照等因素干扰导致工件图像提取的特征点偏离实际位置,对工业机器人的抓取定位带来较大误差。该文以视觉引导工业机器人抓取气缸盖为应用对象,对双目视觉高准确度位姿测量技术进行分析。首先探讨特定条件下的双目视觉定位引导机器人技术以及粗差点产生原因与解决方法情况;其次介绍视觉系统视觉坐标系和目标坐标系,然后在位姿测量数学模型的基础上提出改进最小二乘法的准确计算方法,并搭建双目视觉引导的工业机器人抓取气缸盖系统进行测试分析。测试表明:改进最小二乘法的位姿计算方法可实现双目视觉对目标物的全自由度位姿测量,满足工业机器人高准确度抓取操作。     

面向空间应用的主从与自主式遥操作系统研究

给出了一种遥操作系统实现方法，在所建立的遥操作系统上实现了具有双向力反应的主从装配操作和基于环境模型的自主搭积木操作。研究了大时延条件下的仿真预测遥操作方法和局部自主控制方法、从动机器人自由到受限运动的稳定过渡问题和机器人任务规划及路径规划问题。     

激光制导测量机器人定位算法研究

对激光制导测量机器人的定位理论进行了研究,分析了光电编码器测距原理,提出了基于此原理的激光制导测量机器人定位方法;研究了机器人的直线运动和圆弧运动定位算法;给定机器人的初始位姿,推导出了下一时刻的位姿,并实时反馈给控制系统,控制机器人准确定位;研制了激光制导测量机器人试验样机,能够实现在被测工件CAD模型的控制下,自动完成对工件的高精度测量.实验结果显示本定位算法理论是正确有效的.     

基于立体视觉的移动机器人自主导航定位系统

描述了一种基于立体视觉的移动机器人自主导航定位系统。该系统采用双目立体视觉完成环境特征的3D信息提取,实时计算出机器人相对作业目标的位姿（6D）关系,导引移动机器人控制系统按目标异向进行运动。系统在相对位姿计算中采用旋动（Screw）理论,将带约束的多变量函数的非线性优化问题转化为线性方程组的最小二乘问题,简化了计算复杂性。实验表明,这个导航定位系统在定位精度和数据处理速度上均可满足机器人导航的要求。     

基于无线通讯网络的机器人遥操作

在描述了基于无线通讯网络的遥操作技术原理的基础上,分析了3种具体基于无线通讯网络的机器人遥操作系统,并基于建立的遥操作系统进行了实验,对实验结果进行了分析．同时讨论了手机遥操作机器人技术,实现了手机对机器人的遥操作．从系统实验结果可以看到,基于目前移动通讯网络或无线局域网进行机器人的遥操作是可行的．     

基于多通道增强现实的机器人遥操作技术研究

在传统的预测仿真控制方法的基础上,提出了多通道增强现实遥操作控制策略,以克服通讯时延的影响。通过实际视频图像和预测仿真图形的叠加来消除模型的误差,同时基于TIN(Triangulated Irregular Network)表达的虚拟环境中物体模型,对虚拟环境中的虚拟接触力进行实时再现,提高操作者的临场感,辅助操作者完成精细的远程操作。实验结果验证了本文所提方法有效性和实用性。     

具有力觉临场感的遥操作操纵器关键技术研究

具有力觉临场感的遥操作操纵器是主、从遥操作系统重要的人机接口,它可以向远端从机械手传送位置、姿态、速度和力等多种信息,同时可以接收从机械手的力/力矩等信息,为操作者提供力觉临场感。其性能直接影响遥操作系统的透明性、稳定性,提供有效的力觉反馈是其研究、设计的关键。对力觉临场感操纵器设计中位置控制精度、操纵器的动态特性、操纵器的各向同性、稳定性、人体工程学指标等方面的性能要求进行了分析,对其结构形式、各向同性与结构非奇异性等结构设计方面的问题进行了研究,对各种驱动方式的特点进行了比较,并对检测与控制系统结构对于系统性能的影响进行了研究。研究表明,在结构设计时,采用机械上解耦、运行过程中惯性保持不变的机械结构,将使控制算法简化。研究结果对于该类装置的研究与开发具有借鉴作用。     

A Teleoperation System Based on Predictive Simulation and Its Application to Spacecraft Maintenance

A teleoperation system based on predictive simulation is proposed for the sake of compensating the large time delay in the process of teleoperation to a degree and providing a friendly operating interface. The framework and function architecture of the system is discussed firstly. Then, the operator interface and a graphics simulation system is described in detail. Furthermore, a predictive algorithm aiming at position control based teleoperation is studied in our research, and the relative framework of predictive simulation is discussed. Finally, the system is applied to spacecraft breakdown maintenance; multi-agent reinforcement learning based semi-autonomous teleoperation is discussed at the same time for safe operation.     

基于Internet的拟人双臂机器人遥操作系统的研究

为了解决多操作者-多机器人遥操作系统所存在的问题,减小网络时延对遥操作性能的影响,提出了一种基于Internet的"单机-单操作者-多人机交互设备-多机器人"的遥操作体系结构,并讨论了系统的各部分功能和基于虚拟斥力场的协调控制策略.根据作业空间和任务不同,提出了相应的分区控制方式,提高了工作效率.最后,进行了拟人冗余度双臂协调装配实验研究,验证了方法和系统的可行性.     

基于插补导航的全自主旋翼机设计与控制

为了解决传统旋翼无人机因手动遥操作而导致飞行不稳定的问题,研究了基于插补导航的全自主旋翼机的设计与控制方法。首先,根据导航系统和地面站,获得当前无人机与目标点之间的位置姿态关系;然后基于插补控制算法,利用机载控制器输出相应的能够控制无人机稳定飞行的脉冲宽度信号,实现脱离手动遥操作的四旋翼无人机全自主飞行控制。最后,通过全自主插补导航飞行仿真与实验,验证了该全自主无人机设计的可行性。结果表明,该全自主控制架构能够有效地模拟遥操作信号,实现无人机的全自主飞行控制,且具有更高的稳定性。     

Six-Degree-of-Freedom Haptic Rendering in Virtual Teleoperation

Six-degree-of-freedom (6-DoF) haptic rendering of the telerobotic operation method using virtual joint coupling (VJC) is proposed. This algorithm couples six joints of a virtual robot with those of a 6-DoF haptic device based on a spring-damper model to render force and torque feedback to a user and drive the virtual robot in the teleoperation simulation. Our rigid body dynamics is decoupled from the haptic rendering loop with an open dynamic simulation library Open Dynamics Engine, which runs at a lower update rate, thereby alleviating computation demand and improving the stability of the system. To illustrate the role of haptics and physically based simulation in teleoperation, a path-following experiment with virtual constraints is carried out. An experiment of virtual assembly, in which a user performs assembly tasks by means of manipulation of a gripper mounted at the end of a virtual robot, is also implemented to verify the VJC algorithm.      

增强现实技术在远程现实中的应用研究

设计了基于移动机器人的远程现实系统,辅助机器人遥操作.为提高人机交互能力,把增强现实技术应用到远程现实当中,根据增强现实中三维注册的原理,推导了双曲面全景成像中基于视觉的注册算法,实现了三维虚拟机器人在全景图像中的注册定位.为了提供更加直观的人机交互界面,采用一种快速算法把圆形全景图进行近似的柱面展开,并将"增强远程现实"应用于展开的图像界面中.实验结果表明,增强远程现实改善了场景的视觉感官效果、增加了辅助信息,提高了人机交互能力.     

基于智能控制器的网络遥操作体系结构及控制策略研究

遥操作技术的发展趋势是提高机器人的自主性。为实现这一目标，提出了一种基于Agent的网络遥操作体系结构，分析了Agent结构和功能，讨论了各个子系统的功能及相应策略，并且提出了系统整体控制策略。Agent可以主动适应环境和理解人的意图，从而提高了系统的智能，简化了系统结构，增强了系统的扩展性和通用性。最后，通过空间卫星舱更换晶体生长炉棒料实验进行了验证。     

基于Internet的多机器人遥操作系统体系结构

提出了一种多层次控制结构的基于Internet的多机器人遥操作系统体系结构。系统在组成结构上分为4个子系统：机器人工作子系统、用户交互子系统、通讯子系统和安全保护子系统。在控制结构上分成3层结构：交互监控层、协调规划层及执行控制层。设计了一个由5个模块和2个数据库组成的人机交互结构，阐述了基于任务的操作者与机器人之间的人机共享控制结构，并研究了多层操作的安全机制，完成了时延情况下异地的操作者在Internet上协调控制两个机器人共同完成一项作业任务的集成系统。