基于虚拟现实的临场感遥操作工程机器人系统研究

作     者：朱猛 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵丁选

授予年度：2008年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：遥操作机器人 临场感 虚拟现实 双向伺服控制 互联网 时延 

摘      要：本文在分析国内外临场感遥操作机器人系统的基础上,设计了一种基于虚拟现实的临场感遥操作工程机器人系统。该系统采用主从操作方式,在系统主端建立工作现场的虚拟操作仿真环境为操作者提供临场感,使用力反馈操纵杆对从端的四自由度电液伺服工程机械手进行控制。主从端之间使用Internet作为控制信息与反馈信息的通信工具。系统工作时,工作现场端机械手上的位移传感器采集其位姿信息,同时立体视觉系统采集被操作物体的特征点坐标信息,这些信息通过Internet传输给主端的虚拟仿真环境,更新虚拟仿真环境中机械手及被操作物体的状态,以此作为系统的视觉反馈。从机械手上安装的压力传感器检测的机械手工作阻力信息经过相应的力反馈控制算法计算得到反馈力,并通过Internet传输给力反馈操纵杆,以此作为系统的力觉反馈。这种基于虚拟现实的遥操作方式与以现场图像作为视觉反馈的遥操作方式相比,能够大大地减小视觉反馈的时延,和实现视觉反馈与力觉反馈的同步。与基于虚拟预测环境技术进行预操作的遥操作方式相比,能够提供更真实的视觉反馈,避免了因视觉反馈不真实而造成的操作准确度不佳或操作失误。 试验结果显示本系统的视觉反馈方式能够有效地减小遥操作系统中的时延,在实验室局域网的随机网络时延的情况下操纵杆具有符合实际情况的力反馈效果,并且操纵杆、真实机械手和虚拟机械手之间的位置同步性能良好,证明了本系统方案的可行性及有效性。