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.     

空间机器人遥操作克服时延影响的研究进展

针对空间机器人遥操作亟需解决的时延问题,回顾了其克服时延影响的研究发展历程,并对目前应该采取的应对策略提出了建议.指出就目前的技术发展水平而言,要能够有效地克服时延以确保空间机器人遥操作稳定性的同时系统具有良好的操作性能,应该采取的策略是:①在结构化的、确定性的和静态环境下,采用具有鲁棒性的多感知增强现实技术;②在非结构化的、不确定性的和动态环境下,采用视觉引导下的从端局部智能自主控制技术;③在多态环境下,采用多模式智能控制技术.     

空间机器人遥操作控制系统研究

本文针对空间机器人工作环境特殊性要求,基于无源性理论提出了一种适用于变时延的力反馈双边控制系统,利用PD+d控制器有效补偿了由操作者和从端环境带来的干扰。运用李雅普诺夫函数对系统的稳定性能进行分析,并利用仿真实验验证了系统的透明性和跟踪性。此外,本文所提出的稳定性判别方法,经改进后也可应用于其他控制方案的稳定性分析。     

空间机器人的遥操作

本文介绍了美国、日本和欧洲等主要空间大国空间机器人的应用情况,总结了空间机器人遥操作的发展过程及特点,时延对空间机器人遥操作的影响和空间机器人遥操作的主要方式,展望了我国空间机器人遥操作的发展前景。     

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．     

遥操作机器人预测显示的研究和实现

预测显示是克服基于网络的遥操作系统中网络传输时延的不确定性关键技术之一。该文提出一种基于时间和位置的预测显示方式,根据当前状态和反馈回的轨迹点,对远端的机器人状态进行预测,并在三维仿真场景中显示。经过实验,证明所提方法的有效性和可行性。     

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．     

机器人遥操作预测控制新方法及实现

本文通过所设计的估计器的预测以及同时采用事件和时间驱动的执行器方案来弥补机器人遥操作系统中的不确定时延现象.利用该方案对机器人遥操作系统所涉及的试验的软硬件进行设计,试验结果说明了此补偿策略的有效性.     

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.     

基于网络的遥操作机器人系统传输时延研究

文章主要研究了基于网络的遥操作机器人系统传输时延的测试、分析以及数据丢包的解决方案。首先概括地介绍了系统的构成及工作原理,然后采用VisualC++6.0软件编写网络时延测试软件,并进行多种实验,最后对实验结果进行了分析,并给出了针对丢包问题的解决方案,同时基于Matlab仿真实验验证了该方案的有效性和可靠性。     

基于ABB机器人的遥操作控制系统设计

工业机器人传统的编程与控制方式受距离空间限制,不便对机器人进行远程控制、控制不灵活。针对工业机器人的远程控制进行了研究,设计了基于ABB工业机器人的遥操作控制系统。在本地上位机上设计操作者界面,实现本地和远程程序的变量同步,以TCP/IP协议与ABB机器人控制柜通信,直接通过以太网对远程端的机器人进行控制和管理。在仿真和实验中,通过分析机器人对上位机给定轨迹的跟踪效果验证了系统的有效性。仿真和实验结果表明该系统能对远程ABB机器人进行有效的控制,可以让机器人代替人在恶劣的工作环境中作业,并提高工业生产效率。     

遥操作机器人系统带记忆的鲁棒反馈控制

针对遥操作机器人系统的通信通道中存在通信时延，以及机器人模型存在不确定性，可能造成系统不稳定和操作性能降低的问题，提出在环境模型未知的条件下，利用鲁棒控制理论，采用力、位置和速度反馈的控制方法，使得系统稳定，并且具有良好的透明性，控制参数可通过Matlab的LMI工具箱方便地求取，仿真结果表明了该方法的有效性。     

使用补偿策略的机器人遥操作系统的控制研究

利用混杂动态系统的思想通过同时采用事件和时间驱动的执行器方案来弥补机器人遥操作系统中的不确定时延现象.即作为控制节点的操作者的控制决策发出时间是事件驱动的(满足一定条件下),执行器节点的接收也是事件驱动的,但是执行则是时间驱动的.通过这样的方法确保网络遥操作系统在每一采样周期内都能得到新的控制信号,从而补偿网络延迟.     

无时延感的遥操作实时共享控制仿真

针对遥操作存在大延时和临场感缺失等问题,提出了一种融合多种技术的无时延感的空间遥控机器人实时共享控制系统;重点研究了融合双向力反馈、传感器局部自主控制、图形预显示和遥编程的无时延感遥操作技术;计算仿真实验验证了该系统及其技术的有效性。     

工业机器人遥操作系统的空间映射与控制策略

针对工业机器人遥操作系统中存在的主从机器人工作空间差异以及运动控制精度与安全问题,提出了一种工作空间映射算法与位置—速度混合控制策略。首先,将遥操作划分为自由运动和交互两个阶段,在自由运动阶段采用映射算法使主从机器人的工作空间高度覆盖,使主机器人可操控的从机器人运动范围最大化。进一步,在交互阶段设计了一种位置—速度混合控制策略对工业机器人的运动进行准确的控制,使主从机器人的实际位置轨迹准确的跟随,并进一步引入反馈引导力以实现安全的控制。最后在Touch-ABB IRB120主从机器人遥操作实验平台上对所提控制方法进行验证,实验结果表明该方法使得主从机器人运动范围在高度覆盖的同时可以保证遥操作控制的精度。     

PD‐like controllers for delayed bilateral teleoperation of manipulators robots

This paper proposes a compensated PD‐like controller for delayed bilateral teleoperation of a manipulator robot. The scheme has a PD‐like remote controller, a damping into the master, and a compensation strategy. The proposed compensation removes part of potential energy of the user's command depending on the difference between the situation on the remote site and the situation as perceived by the human operator. In addition, the stability of the delayed teleoperation system is analyzed, and a comparison based on experiments is carried out in order to analyze the advantages of using the proposed compensation. Finally, results of a bilateral teleoperation including the proposed control scheme, where the master and slave exchange information by using a low‐cost connection of mobile Internet, are shown. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

PD-like controller for delayed bilateral teleoperation of wheeled robots

This paper proposes a proportional derivative (PD)-like controller applied to the delayed bilateral teleoperation of wheeled robots with force feedback in face of asymmetric and varying-time delays. In contrast to bilateral teleoperation of manipulator robots, in these systems, there is a mismatch between the models of the master and slave (mobile robot), problem that is approached in this work, where the system stability is analysed. From this study, it is possible to infer the control parameters, depending on the time delay, necessary to assure stability. Finally, the performance of the delayed teleoperation system is evaluated through tests where a human operator drives a 3D simulator as well as a mobile robot for pushing objects.     

基于Java 3D的空间机器人运动仿真系统

重点阐述了空间机器人仿真系统的体系结构、空间机器人运动分析与仿真建模、机器人避碰原则、空间机器人碰撞检测与避碰的实现、空间机器人仿真系统基于Java 3D的实现.     

基于Internet的遥操作系统带观测器的反馈控制

通常遥操作系统主、从机械手间存在通信时延,影响了系统的稳定性和操作性能.在基于Internet的遥操作系统中,时延是时变的,对系统的影响尤为剧烈.为了解决这个问题,在环境模型未知的条件下,首先提出在本地控制端用主手状态、预测的从手状态及接触力设计反馈控制器;接着用时间前向观测器预测从机械手的状态,并将时延变化率建模为系统不确定参数,最终得到稳定性和透明性条件.仿真结果表明了该方法的有效性.     

遥操作系统基于观测器的预测控制

在遥操作系统中需要主、从机械手间进行通信,但通信通道中存在较大的通讯时延,这会降低系统操作性能,甚至会使系统不稳定.为了解决这个问题,首先建立系统的状态空间模型,接着提出用时间前向观测器预测从机械手状态,并结合力、位置和速度反馈消除或减小时延对系统影响.系统反馈参数可方便地通过线性矩阵不等式求解.该方法能使系统渐近稳定而且具有良好的透明性.仿真结果表明该方法是有效的.