具有虚拟力觉导引功能的机器人网络遥操作系统

为实现机器人网络遥操作系统中从端机器人和被抓取目标接触前的力觉感知效果,提出了具有虚拟力 觉导引功能的机器人网络遥操作系统控制方法．利用单目视觉技术获得末端执行器相对于被抓取目标的位姿信息, 并将此信息转换为操作者相对敏感的力反馈信息,引导操作者为远端机器人系统提供合适的控制命令,控制机器人 达到期望的位姿．利用手腕相机和人工目标搭建了演示实验系统,并分别进行了机器人位置和姿态遥操作控制实 验．实验结果表明,机器人遥操作系统的可操作性和操作效率有了明显提高．     

基于虚拟力引导的人机协同目标抓取方法

针对力反馈遥操作中传统人工势场法无法适应于机械臂整体的避障以及在作业过程中操作者难以控制机械臂到达所需位姿的问题,提出了一种基于虚拟力引导的人机协同目标抓取方法。力反馈设备向操作者提供力觉交互。通过结合人工势场法和虚拟夹具,构建管道形虚拟力场,生成实时虚拟力引导,实现协助操作者完成从端机器人的整体避障任务并在完成避障后引导机器人返回预定义路径并趋近目标点。当进行抓取任务时,构建锥形虚拟力场,实现协助操作者操作机械臂到达目标位置和姿态。此外,提出了一种机器人运动限制方法以降低操作者的操作失误对抓取任务的影响。实验证明,该方法能有效提高目标抓取操作的成功率和操作效率。     

一种三维力反馈训练仿真控制系统设计

针对空间站舱外任务需要研究人员通过遥操作控制平台对空间站机械臂遥操作来完成,而空间站机械臂研制成本高,无法实现现场调试,直接投入使用风险性高,系统安全性与可靠性无法保障的缺陷与不足,设计了一种面向空间站机械臂的遥操作力反馈训练的仿真控制系统.重点阐述了该系统的工作原理以及系统硬件和软件设计思路.该系统的力反馈手柄具有3个自由度,充分模拟操作空间;力反馈手柄末端位置信息和力反馈信息,由微控制器STM32系列单片机与PC实现数据传输.实验结果验证了该系统面向空间站虚拟机械臂的力反馈控制仿真功能、系统硬件和软件的可靠性,为空间站机械臂的虚拟仿真提供了一种可行方案.     

冗余并联机构的力控制

为了实现力反馈遥操作系统中的力反馈,介绍了一种用作力反馈主手的驱动冗余并联机构,并提出了一种简单的力控制算法。这种方法首先由机构的逆解计算其力映射矩阵、雅可比矩阵。然后,基于消除冗余并联机构固有内力的原则,由冗余并联机构的末端力得到机构各个主动关节的驱动力。由于并联机构的逆解比正解简单,这种方法能够大大地简化计算。实验结果表明,这种算法能快速、精确地完成力控制。     

基于实时点云建模虚拟夹具辅助力觉交互研究

为满足遥操作的精度和实时性要求,应对在操作过程中出现的目标工件形状发生变化或与机械臂末端间出现相对移动等状况,提出一种融合RGB与深度图像信息的点云建模方法。对未知的操作环境进行实时建模,在此基础上实时构建虚拟夹具,继而研究遥操作系统中的力觉交互环节。实验结果表明,基于实时点云建模的虚拟夹具能够有效辅助操作者操纵力反馈设备与点云进行力觉交互,力觉临场感效果良好,可用于规避固定或动态障碍物,完成相对精确的操作任务。     

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.     

基于STM32的力觉反馈装置及用于主从遥操作实现

在遥操作系统中为了增强现实及实现本地力觉信号再现功能以提高精细化操作的目的 ,设计了用于人机交互功能的力反馈装置;该装置为单自由度结构,基于步进电机驱动;利用STM32微控制器采集触觉力信号以及关节位移信号,通过设计基于力误差的控制律调整位置变量实现输出力信号与标准力信号的匹配;为了验证该力反馈装置进行了标准力信号再现实验;并且利用该力反馈装置作为主机械手与单自由度从机械手搭建遥操作装置,进行了力、位置双边跟踪实验验证,实现了主、从机械手力、位置协同一致的目的.     

基于接触有限元模型的虚拟手指力建模研究

触觉反馈是虚拟现实应用中使人获得沉浸感的重要方式。随 显示技术的日趋成熟,触觉和力反馈的研究的焦点之一,如何度量虚拟手在接触物体时反馈的力的大小 是力反馈中的首要一步,对此,该文在研究了力反馈类型的基础上,给和指与虚拟物体间的接触数学模型,提出了基于接触有限元的接触数学模型,并有杉ＡＮＳＹＳ对霏 均匀有理Ｂ样条的手指表面和虚拟按钮间的接触变形和力分布情况进行了计算,得出了力反馈所需要的接触力大小。     

大时延力反馈双边控制系统

阐述了力反馈双边控制遥操作的基本思想,讨论了其稳定性和透明性,介绍了一种既能保证稳定性、又能提高透明性的力反馈双边控制方法．最后给出了力反馈遥操作实验系统的实现,在6s时延条件下成功完成了曲面跟踪任务．     

气动力反馈数据手套设计与验证

针对目前面向大型复杂机电产品的虚拟装配环境中力反馈装置所能提供的触觉力偏小的问题,提出一种基于微型低摩擦气缸的内置式力反馈数据手套.首先介绍了手套结构及其工作原理;然后搭建了实验系统,基于牛顿迭代法进行运动学方程组求解,验证了手套的角度测量和力反馈功能;最后开发了手套的人机交互控制系统,采用D-H理论来描述虚拟手的空间位置,基于虚拟墙的弹簧-质点模型计算虚拟力.实验结果表明,所设计的数据手套可实现大触觉力的反馈,满足虚拟装配系统虚拟抓取的需求.     

力触觉反馈装置发展概述

力触觉反馈技术起源于主从机器人领域,能够给操作者带来真实沉浸的体验,提高操作效率。近年来,随着遥操作、虚拟现实等技术的发展,力触觉反馈装置得到了研究人员的高度关注。首先,简要总结了力触觉反馈技术的发展状况;然后,对现有力触觉反馈装置进行了分类,介绍了近年来力触觉反馈装置的研究情况;最后,针对现有研究,分析和阐述了力触觉反馈装置的发展趋势,并指出了目前存在的问题,对力触觉反馈装置未来所面临的机遇与挑战提出了一些见解。     

虚拟现实力觉临场感遥控作业系统的研究进展

本文阐述了虚拟现实技术在力觉临场感遥控作业系统中的研究和应用背景、状况和主要内容,综述了虚拟现实力觉临场遥控作业实系统的国内外最近研究进展,并介绍了目前研究亟需解决的关键技术,指出虚拟现实力觉临场感遥控作业系统的研究对临场感技术以至于非确定性环境下作业的第三代机器人的发展有着非常重要的理论意义和应用价值。     

预估控制下的实时网络遥操作移动机器人

构建了能使操作者通过Internet远程实时控制的移动机器人系统．为了补偿网络时延和抵消其对遥操作系统的影响,基于我们以前提出的改进型Smith预估器原理,采用了预估控制策略．为了保证系统稳定性和透明性,基于主从端的传感器信息交换,设计了一个动态模型管理器,其中模型和力反馈误差调节通过模糊控制实现．除了力反馈外,为了增强遥操作的实时性,引入了预估的虚拟显示．为了精确地预测网络时延,提出了一个新颖的时钟同步算法．为了降低时延抖动,结合我们提出的两个算法,实现了数据缓冲策略．最后,通过长距离的网络遥操作实验验证了系统和控制策略的实用性和有效性．     

基于距离传感器的双边遥操作

为了改善双边遥操作的力反馈性能,本文根据从端操作臂上的传感器检测的目标距离信息,设计了新 的PD 双边控制器．证明了系统的稳定性条件,并通过单自由度双边遥操作实验系统,对提出的控制方法进行了实 验验证．实验结果表明,当从端操作臂靠近目标时,主端操作臂产生了逐渐增大的反馈力．这种控制策略为操作者 安全实现遥操作任务提供了有效手段．     

面向双操作者的六足机器人共享遥操作

随着六足机器人遥操作系统研究工作的日趋深入,针对其操控系统的开发也将面临诸多挑战.为了实现双人操控条件下各操作者的控制权重实时分配,设计一种基于透明性及控制状态(TCS)的六足机器人双用户控制权重分配方法.其双主端与单从端采取位置-速度的交互模式,通过分析系统实时透明性与当前控制状态,构建三边遥操作控制律,实时计算共享因子,采用速度跟踪模式设计基于触觉力反馈的系统控制架构,并利用三端口绝对稳定定理确定控制律参数的稳定范围.最后,搭建半物理仿真实验平台并验证所设计的三边共享遥操作方法能够在兼顾系统安全性与透明性的同时以较高的效率与安全性实现六足机器人的双用户操控,并能充分考虑双用户的控制意图.     

遥操作正骨机器人虚拟手术仿真系统研究

分析了将虚拟现实技术引入医疗机器人系统的重要性，结合本实验室研制的医疗正骨机器人系统提出了一种基于Java3D、视觉反馈和力反馈的遥操作正骨机器人虚拟手术仿真系统．文章介绍了系统的总体结构、工作原理和软、硬件平台，分析了虚拟和现实两个子系统的工作流程，并描述了系统内各主要模块的功能．     

基于软体手的机器人遥操作人机交互系统研制

为了提升抓取软体物体、易碎物体的完整性,设计制作了一种基于软体手的机器人遥操作人机交互系统。研制了一种嵌入了弯曲传感器的软体主手,获取人手的弯曲电信号,以此判断人手的弯曲程度,实现对软体从手系统的遥操作。并在远端软体从手中嵌入压力传感器,获取软体从手抓取目标时的表面压力电信号,以此来判断软体手抓取目标时的力度,实现力反馈。软体手人机交互系统能够减小传统刚体机械手抓取目标的限制,可有效抓取软体或易碎目标,实验表明了其有效性。