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基于在线重建的遥操作预测显示系统

东南大学学报（自然科学版） 2015年第3期45卷 448-454页

作者：胡欢孙汉旭贾庆轩北京邮电大学自动化学院北京100876

为了提高遥操作的操作效率,采用一种基于单目视觉的预测显示方法来解决时延导致的视觉反馈滞后问题.该方法通过基于地图的相机位姿估计算法来实时跟踪机器人的状态,在线构建机器人工作环境的三维几何结构模型,并结合多纹理映射技术进行... 详细信息

为了提高遥操作的操作效率,采用一种基于单目视觉的预测显示方法来解决时延导致的视觉反馈滞后问题.该方法通过基于地图的相机位姿估计算法来实时跟踪机器人的状态,在线构建机器人工作环境的三维几何结构模型,并结合多纹理映射技术进行渲染,将模型重投影到预测视点下,得到逼真的预测图像.搭建了一个基于客户端-服务器端模式的系统平台,用于未知环境下的遥操作.结果表明,在总长为7.112 m的摄像机运动轨迹中,位姿跟踪的平均误差约为0.015 m.该系统不仅能提供预测图像,而且支持生成任意视点的图像,有利于操作者从各个角度观察机器人工作场景.

关键词：预测显示遥操作同步定位与地图构建机器视觉

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遥操作系统中预测显示技术研究

宇航学报 2013年第11期34卷 1502-1508页

作者：孙汉旭胡欢贾庆轩高欣北京邮电大学自动化学院北京100876

通过虚拟预测技术对现有预测显示方法进行调研分析,提出了一种分类方法,有效地解决了遥操作中时延问题。针对目前计算机视觉领域的快速发展,提出一种基于视频流的在线重建模型的预测显示方法,该方法能够适应于非结构化的甚至是完全未知... 详细信息

通过虚拟预测技术对现有预测显示方法进行调研分析,提出了一种分类方法,有效地解决了遥操作中时延问题。针对目前计算机视觉领域的快速发展,提出一种基于视频流的在线重建模型的预测显示方法,该方法能够适应于非结构化的甚至是完全未知的环境,不仅能够解决机器人遥操作实验的时延问题,同时能够满足实时性的需求,文中指出了其关键技术。同时,实现了一个基于重建模型的预测显示原型系统,基于不同的时延条件,对通过时延视频构建的预测图像和真实采集到的图像进行了对比,验证了该方法能够补偿时延的影响,具有很好的预测效果。

关键词：预测显示遥操作时延图像建模

一种基于预测显示的时变大时延空间遥操作控制方法

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科学通报 2013年第S2期58卷 128-134页

作者：阳方平李洪谊王越超崔龙陈鹏王雪竹中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室沈阳110016 中国科学院大学北京100049

提出一种基于预测显示的时变大时延空间遥操作控制方法.将空间遥操作系统分为多个交互的子系统,首先设计一种无源-滤波算法保证通迅环节子系统的无源稳定性.然后对主端虚拟现实机器人和从端真实机器人动力学的重力项进行补偿,并对从端... 详细信息

提出一种基于预测显示的时变大时延空间遥操作控制方法.将空间遥操作系统分为多个交互的子系统,首先设计一种无源-滤波算法保证通迅环节子系统的无源稳定性.然后对主端虚拟现实机器人和从端真实机器人动力学的重力项进行补偿,并对从端机器人的关节力矩控制设计了一种PD控制律.最后从理论上证明了整个遥操作互联系统的Lyapunov稳定性.该稳定性不依赖于系统动力学建模精度.搭建了空间遥操作地面仿真实验平台,通过实验证明了该方法在时变大时延条件下保证系统稳定性,提高操作者视觉临场感方面的有效性.

关键词：时变大时延预测显示空间遥操作

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遥操作机器人预测显示的研究和实现

自动化与仪表 2007年第4期22卷 4-7页

作者：周赟尹文生李世其李明富华中科技大学机械学院武汉430074

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... 详细信息

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。

关键词：预测显示虚拟现实时延遥操作

基于多传感器的空间遥操作机器人虚拟预测环境建模

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宇航学报 2005年第5期26卷 558-561,566页

作者：李会军刘威宋爱国东南大学仪器科学与工程系南京210096

虚拟预测环境技术是解决遥操作系统中时延问题的有力手段,但其有效性依赖于环境模型的精度。为了提高虚拟预测环境的建模精度,提出了基于多传感器信息融合的建模方法。首先根据CCD摄像机采集的图像建立虚拟环境模型的初始模型,再利用远... 详细信息

虚拟预测环境技术是解决遥操作系统中时延问题的有力手段,但其有效性依赖于环境模型的精度。为了提高虚拟预测环境的建模精度,提出了基于多传感器信息融合的建模方法。首先根据CCD摄像机采集的图像建立虚拟环境模型的初始模型,再利用远地力觉和位置传感器信息对初始模型进行校验。为了观察命令在虚拟环境中的执行情况,采用一种简单有效的注册方法,将图形模型叠加在摄像机视频图像上,以便操作者进行对比分析。实验表明利用本文算法建立的虚拟环境模型是准确可靠的,有利于提高基于虚拟预测环境技术的遥操作系统的有效性和可操作性。

关键词：多传感器环境建模遥操作预测显示时延图形图像叠加

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月球车实时遥操作方法研究

中国科学：信息科学 2014年第4期44卷 461-472页

作者：杨成宋军孙军苗毅张伟佘佳宏杜辉北京航天飞行控制中心北京100094 中国航天员科研训练中心北京100094 中国航天科技集团北京100094

在月球探测任务中,利用无人月球车在月面移动,对一定范围的月面环境进行探测,是一种较为安全的方式.月球车的月面巡视是一个以轮地交互为基础、地面实时监视控制的过程.根据恢复的月面三维地形环境,地面进行探测目标选择和巡视路径规划... 详细信息

在月球探测任务中,利用无人月球车在月面移动,对一定范围的月面环境进行探测,是一种较为安全的方式.月球车的月面巡视是一个以轮地交互为基础、地面实时监视控制的过程.根据恢复的月面三维地形环境,地面进行探测目标选择和巡视路径规划,以远程控制的方式控制月面巡视.本文提出了一种月球车在线控制方式,基于虚拟现实技术,对月面地形环境和月球车状态进行运动学和视景仿真,地面控制人员通过人机交互,控制虚拟月球车行进,控制信号经验证后生成月球车的控制指令,实现月球车的在线控制.为应对地月通讯延时问题,采用预测显示方法,避免了大延迟的影响.本方法减少了控制环节,提高了月球车远程控制的效率和安全性.

关键词：虚拟现实预测显示月球车遥操作空间探测

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机械臂在轨服务的遥操作及交互视景处理

机械臂在轨服务的遥操作及交互视景处理

作者：马兰西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着空间在轨服务技术的快速发展,保障了航天器在复杂空间环境中的轨道上进行更加可持续和高效地运行。可实现对复杂大型航天器的在轨组装,对失效的航天器进行在轨的捕获、燃料加注、模块更换等操作。本文首先选取一种有意义的在轨服务... 详细信息

随着空间在轨服务技术的快速发展,保障了航天器在复杂空间环境中的轨道上进行更加可持续和高效地运行。可实现对复杂大型航天器的在轨组装,对失效的航天器进行在轨的捕获、燃料加注、模块更换等操作。本文首先选取一种有意义的在轨服务任务,基于此任务设计了一种用于在轨服务的空间机械臂,并规划空间机械臂之间的配合操作。接着对在轨服务对象进行三维模型建模,并进行运动控制分析。最后介绍了增强合成视景以及视景仿真技术,通过加入增强合成视景技术来提升空间机械臂在太空环境下操作的三维感知、理解与决策能力,保障了操作的可靠性。本文主要完成了以下几点工作:1、设计并实现了空间机械臂人机交互三维对象模型建立。设计了卫星、空间机械臂及灵巧的星敏感器更换装置结构,建立了较为精细的三维模型。采用三条空间机械臂配合工作的操作方式,给它们分配各自的作业对象及操作内容,规划合理有效的更换步骤,实现了三条空间机械臂之间的协调配合。2、设计并实现了人机交互环境的增强合成视景可视化。构建三维沉浸感环境,实现任务对象的可视化,创建多个视角/通道,增强了观察的沉浸感。并通过设计全新的增强现实虚拟作业要素,结合可视化视角/通道实现了对空间机械臂在轨服务的临场感观察。3、进行了空间机械臂运动学分析建模。对空间机械臂进行机械结构分析,建立合适的正逆运动学模型,选取并确定合适的坐标系。设计了一个具有可行性的在轨服务任务的总体规划,实现了在轨服务场景的可视化,降低了作业的复杂性,提高了空间机械臂在轨服务的可靠性。对视觉图像检测与位姿测量技术进行了分析和研究。在机械臂末端执行器识别抓取目标时,采用了图像算法检测抓取标识的特征点并对其进行位姿估计,增强了空间机械臂的操作准确性。4、对天地遥操作增强现实处理途径及方法进行了分析和研究。设计了增强现实的天地人机交互综合显示布局。在作业过程中,通过切换不同视角并结合虚拟要素给出的信息可进行安全有效的操作。将作业阶段分为按离线规划好的轨迹运动及在线的识别对准操作,在在线识别对准阶段可采用两种模式,系统的自动对准及地面操作者的手动对准。并考虑了手动对准时天地时延给系统带来的影响,通过同时观察实时与延时画面控制空间机械臂的操作。

关键词：在轨服务空间机械臂增强现实预测显示视觉导航

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基于虚拟现实的机械臂遥操作系统研究

基于虚拟现实的机械臂遥操作系统研究

作者：周赟华中科技大学

学位级别：硕士

遥操作系统可以拓展人类的感知和操作能力,代替人类在危险、恶劣以及极限环境下的完成作业任务。由于互联网的通用性、交互性和经济性,以互联网为通讯媒介的遥操作技术成为研究的一个前沿课题。本文讨论和构建了基于虚拟现实的机械臂... 详细信息

遥操作系统可以拓展人类的感知和操作能力,代替人类在危险、恶劣以及极限环境下的完成作业任务。由于互联网的通用性、交互性和经济性,以互联网为通讯媒介的遥操作技术成为研究的一个前沿课题。本文讨论和构建了基于虚拟现实的机械臂遥操作系统体系结构,规划设计了各个组成模块的功能。对常用的三维建模方法进行了阐述。然后针对机械臂进行建模,包括几何建模和运动学建模。研究了虚拟场景的组成,介绍了虚拟场景的开发环境,阐述了本系统虚拟场景的构建方法。分析了虚拟环境的构成特点,具体剖析了虚拟环境的树形场景结构、场景中运动和关节运动实现机制、以及碰撞检测的思想与算法流程等。网络时延的存在为遥操作系统的感知和控制带来了许多问题,本文对网络时延进行了测试和分析,对典型的网络遥操作系统的时延进行了分类,分析了时延对遥操作的安全性和可操作性的影响。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。本文提出了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,对远端的机械臂状态进行预测,并在三维仿真场景中显示。最后,构建了基于虚拟现实的机械臂遥操作系统的原型系统,并在此基础上分别作了实验验证,实验结果说明基于虚拟现实的遥操作及预测显示能较好的克服时延对遥操作性能的影响,提高了遥操作效率。

关键词：预测显示虚拟现实时延遥操作

大时延主从遥操作系统的双向控制与共享控制策略研究

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大时延主从遥操作系统的双向控制与共享控制策略研究

作者：李琳辉吉林大学

学位级别：硕士

近几十年来,遥操作控制作业已经从核工业领域,医疗领域发展到更远的深海和深空探测领域等。随着遥控距离的增加,人们面对的一个重要问题就是信号传输环节的时间延迟问题。遥操作过程中存在的时间延迟是恶化系统性能,影响系统稳定的根本... 详细信息

近几十年来,遥操作控制作业已经从核工业领域,医疗领域发展到更远的深海和深空探测领域等。随着遥控距离的增加,人们面对的一个重要问题就是信号传输环节的时间延迟问题。遥操作过程中存在的时间延迟是恶化系统性能,影响系统稳定的根本原因。本文以月球车车载机械臂的远程控制为背景,选取通信环节存在较大时间延迟(往返10-15 秒)的一般遥操作机械臂系统为对象,从分析大时延对系统稳定性和透明度的影响入手,重点对远端机械臂的控制策略和控制模式进行了深入研究。文章综合考虑了遥操作机械臂系统结构复杂、模型参数不确定及从端任务环境未知等特点,设计了两种针对不同操作任务的自适应力/位移混合控制算法,并通过Lyapunov 稳定性证明及控制器仿真研究验证了算法的有效性。最后在保证两种控制模式平稳、智能切换的基础上初步设计了一个遥操作过程的图形仿真界面。

关键词：遥操作时间延迟 Lyapunov 稳定透明度自适应控制预测显示