基于Internet的遥机器人控制系统

为减小基于Internet的遥机器人系统中网络延时给机器人可控性带来的极大影响,基于所开发的智能运动控制器,以KLD-400机器人为被控对象搭建了一个具有力觉反馈的虚拟现实遥机器人系统,用3DS MAX+OpenGL+Visual C++6.0完成了机器人三维图形仿真系统的设计.通过模拟仿真实现对机器人的预测控制,并对遥操作过程中控制信息的传输时延进行了补偿,提高了遥操作的可靠性和准确性.视频信息的传输采用多线程多缓冲技术,保证了视频传输的实时性,并实现了视频图像与仿真图形的融合.实验结果证明了该系统的优越性.

增强感知遥机器人控制系统研究

为了更好地实现非结构环境下的遥机器人作业,提出了"增强感知"这一概念,并设计了具有增强感知功能的遥机器人控制系统。在该系统中机器人的状态、报警等重要信息成为输出通道传输的重点,在减少对信息传输带宽和再现信息资源占用的同时提高操作者对本地状态的意识和对远程环境的感知。基于DSP设计的运动控制器,很好地实现了系统的智能控制和智能协调。所开发的具有遥控和自主协调操作功能的共享控制系统将操作者从连续、无聊的直接控制中解放出来,充分发挥了操作者的决策能力,实现了人机协作遥操作。实验结果显示了系统的性能。

具有时延补偿的遥机器人预测控制系统

遥机器人系统可广泛应用于高空探索、深海开发、远程作业或者是人类难以到达的危险、恶劣的作业环境中。基于所开发的运动控制器,搭建了一个具有视觉反馈的遥机器人预测控制系统,并对实际操作过程中控制信息的传输时延进行了补偿。文章详细介绍了系统的结构、视觉反馈及时延补偿的实现方法,并对所提出的时延补偿方法进行了测试。

主从遥操作下双臂机器人的阻抗控制策略研究

在遥操作机器人系统中,从端机器人不仅需准确地跟随主端设备的运动,还需与外界环境保持合适接触力,以避免因接触力过大对机器人和环境造成破坏.由于遥操作机器人系统中主从端设备是分离的,要实现遥操作下柔顺接触是极具挑战的.为了提高遥操作机器人系统任务执行的安全性,本文结合运动映射提出一种主从遥操作下阻抗控制策略.首先,通过提出主从端运动映射策略,将主从端设备联系起来,并获得从端机器人运动的目标位姿.接着,为了实现机器人末端执行器与环境的柔顺接触,提出阻抗控制策略,建立机器人与外界环境之间的位置和接触力的动态响应关系.同时,引入虚拟排斥力,让从端机器人的双臂在可行的空间中运动,从而提高了机器人操作的柔顺性和安全性.设计了机器人拖拽和白板擦拭两个实验来验证方法有效性.实验结果表明,所提出方法可实现机器人在具有接触的任务中的柔顺操作,可提高操作的安全性.

基于Qt的遥操作GIS维护机器人监控系统设计与实现

在电力系统中,为了更好、更方便地遥控操作机器人清理气体绝缘开关设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)腔体内的螺栓、螺母等异物,研发GIS维护机器人监控系统。采用Qt平台开发,结合FFMPEG和OpenCV采集RTMP网络视频流并进行图像处理,实现对腔体内异物的检测识别与精准定位;以SLAM点云进行环境感知,还原出机器人在腔体内的实际场景。测试结果表明,在无线环境下,该系统可高效实现与机器人的数据交互和有效地实时监控,较好地完成GIS腔体内遗留物的识别与清理。

时域连续下遥操作机器人时延测试系统设计

针对已有的遥操作机器人主从时延测试方法因采样频率过低导致的时域离散输出信号测量精度不足的问题,设计并提出一种时域连续下遥操作机器人时延测试系统与方法。首先采用双通道示波器采集主从端设备的运动模拟量,并将其转化为电压-时间曲线;然后通过平均滤波算法抑制波形曲线的周期性干扰,进一步消除系统波动误差;最后分析曲线斜率突变点记录主从两端运动发生时间戳,计算时间戳差值得到遥操作机器人的主从控制时延。远程超声扫查机器人时延测试实验表明:相较于现有测试方法,所提测试系统和方法测试结果更接近理论时延,验证了所提方法的有效性和可靠性。

人机交互遥操作机器人软体手位置跟踪设计与实现

针对遥操作机器人在深海等未知环境中抓取软体物体或易碎物体的工作需求,提出了一种人机交互遥操作机器人的主从软体手位置跟踪方法。首先,介绍了主从软体手控制系统的构成与工作原理,该系统主要包括主端控制回路、通信链路和从端控制回路,用于控制软体手的抓取动作。然后,阐述了软体手指的建模过程与控制器设计,采用假设模态法进行建模,并在软体手指的位置跟踪控制中引入模型预测控制算法,以解决软体从手跟踪软体主手性能差的问题。最后,设计并研制了软体主手、软体从手及其控制系统,其中软体从手以硅胶为原料并嵌入固体材料来增大刚度,同时开展了软体从手跟踪软体主手抓握目标物体的实验。仿真结果表明,所设计的模型预测控制器能有效解决软体手指因模型失配而引起的控制精度下降问题;实验结果表明,所研制的软体从手能有效跟踪软体主手并实现目标物体的抓握,整个控制系统运行良好。研究结果为人机交互遥操作机器人软体手的跟踪控制应用提供了参考。

基于视触融合的遥操作机器人虚拟环境几何学建模修正方法

为了提高遥操作机器人虚拟环境几何学建模的精度,提出了一种基于视触融合的遥操作机器人虚拟环境几何学建模修正方法。首先基于视觉信息通过点云采集和预处理、粗细配准相结合的点云配准、表面重建、位姿测量实现了目标物的几何学建模;之后针对遥操作机器人的应用背景,设计了局部半自主和多指协同相结合的灵巧手控制方式,完成了目标物触觉点云的采集;最后采用视触融合的方法,使用KDtree将视觉点云和触觉点云进行融合,并利用视触融合点云对几何学模型进行修正。通过实验证明该方法对不同材质目标物的几何学建模的几何尺寸误差小于3.6 mm、定位误差小于6.8 mm、姿态角测量误差小于4.3°,且效果均优于基于视觉信息的几何学模型和基于触觉信息的几何学模型。该方法构建的几何学模型既包括了目标物的颜色信息,又提高了几何学模型的精度,且在模型细节处表现良好,有效结合了视觉和触觉两种模态信息的优点。

基于数字孪生的遥操作机器人在线示教系统

为提高遥操作机器人的示教编程效率和在线示教的安全性,提出了面向遥操作机器人在线示教的数字孪生框架,建立了机器人及其工作场景的虚拟模型,实现了物理实体到数字孪生模型的映射;设计并实现了基于RGB-D图像和姿态示教器的遥示教方式,通过鼠标和姿态示教器规划虚拟机器人末端执行器的路径和姿态,并利用增强现实技术,实现了虚实融合示教,提高了遥操作机器人在线示教的人机交互性;构建了机器人及其工作场景的八叉树模型,在机器人按照规划的路径和姿态运动时,可以预测机器人与工作场景之间的碰撞干涉;系统将未发生碰撞干涉的规划路径和姿态指令发送给物理机器人控制器控制物理机器人运动,从而实现基于数字孪生遥操作机器人在线示教功能,提高在线示教系统的安全性。

遥操作机器人系统设计及控制方法

设计了一套遥操作机器人系统并提出一种相对位姿尺度变换的姿态映射算法和在线轨迹平滑方法,以解决遥操作系统存在主从端工作空间不匹配以及控制数据不稳定的问题。首先,结合光学追踪器和惯性传感器设计符合人类日常习惯的主端动作捕捉系统;从端采用三轴云台相机、UR5机械臂和机械手搭建了类人的机器人系统。其次,为解决遥操作系统存在的主从端异构、工作空间大小不匹配等问题,提出一种相对位姿尺度变换算法。最后,针对所设计的遥操作机器人系统和控制算法开展了主从跟随精度验证和遥操作抓放物体实验。实验结果表明,相对位姿尺度变换方法兼顾了遥操作任务中的效率和精度要求,在操作者动作姿态快速变化的运动过程中,所设计的遥操作系统仍能以较高精度跟随目标轨迹运动,且从端延时仅约为0.1 s,使得从端机器人可较好地实时复现主端操作者的动作。

基于VR技术辅助机器人遥操作系统研究

虚拟现实技术是一个重要的科学技术领域,在遥操作机器人系统中采用虚拟现实技术提供反馈,不仅提高了操作过程中的临场感和交互性,而且降低了遥操作难度。通过对系统的总体结构设计与控制过程分析和Unity3D中虚拟环境的搭建、机器人运动学分析,完成系统之间通信和VR视觉反馈。

一种无监督护理机器人遥操作员训练与评估方法

针对遥操作护理机器人操作员培训难度大,训练效率低的问题,本研究提出了一种基于无监督轨迹分割的操作员培训方法.该方法无需专家参与,通过对比划分的子轨迹与标准任务流程轨迹的差异,为操作员提供更加直观和程序性的评估方案.为了实现这一目标,本研究构建了遥操作护理机器人系统,并对机器人轨迹从粒度上进行建模,为遥操作护理机器人操作员的培训提供可靠的反馈标准.同时提出了一个新型的TSC-CRP无监督聚类模型,该模型可以在无需人工标注的情况下对机器人轨迹进行无监督轨迹分割.实验证明,TSC-CRP的分割精度较其他无监督方法提高了32.2%~38.1%,并可以识别不同操作员的技能水平.因此,本文提出的方法可以有效的提高护理机器人操作员的训练效率,并对操作员的技能水平进行全面客观的评估.

应用虚拟现实的遥操作机器人技术

大时延遥操作是空间遥操作机器人研究中的一项关键技术。如何克服通讯延迟和有限带宽的影响是大时延遥操作研究的焦点。本文首先阐述了应用虚拟现实的大时延遥操作的基本思想。着重对基于虚拟环境的遥编程技术和虚拟环境中模型的误差校正技术进行了研究。基于监控思想和遥编程概念 ,实现了应用虚拟现实的遥操作机器人实验系统 ,在地面仿真环境中 。

基于Web的机器人遥操作

目前，在基于Internet的遥操作中普遍存在着大时延和有限带宽的问题，严重降低了系统的稳定性与安全性。遥编程技术的提出为这些问题的解决开辟了一条很有希望的道路。应用这一技术，实现了一个基于Web的机器人遥操作实验系统。

基于视觉的遥操作机器人精密装配系统

针对遥操作精密装配问题,基于视觉伺服,并通过图形图像叠加等方法,加入了有效的人工辅助措施,很好地利用了人类智能,增强了精密作业系统的鲁棒性和可实现性,并最终实现了遥操作精密装配.

遥操作干式高压海底管道维修焊接机器人系统

干式高压焊接是既能保证焊接质量又易于实施的海底管道维修方法.基于目前的自动化技术水平和海管坡口制备难度大的现实,提出了基于高级焊工焊接知识和潜水员水下工作技能的遥控海底管道维修焊接策略.研制了一套干式高压环境管道全位置焊接机器人及其分置于水面母船甲板和水下干式舱的机器人焊接控制系统,研制了分别用于场景、坡口和焊缝的视觉监视系统,以及计算机远程信息采集监控系统,它们与水下干式舱系统一道构成了水下干式管道维修系统.还研究了干式舱充气气体种类、焊接电源特殊性和舱内引弧问题.利用先期在干式高压焊接实验室获得的海管焊接工艺完成了海上焊接维修试验,焊缝质量良好.

基于立体视觉的遥操作机器人力感示教控制策略

为提高遥操作机器人的安全性和操作性能,利用人类对力觉信息更敏感的特点和视觉特有的'预测与导引'功能,将视觉对现场环境的认知结果以虚拟力(包括作业对象引力、障碍物斥力)的方式同操作者的操纵力信号融合,提出遥操作机器人的力感示教控制策略。力感示教控制策略将机器智能与人类高级决策的优点相结合,可有效提高遥操作机器人的作业效率与局部自主,降低对操作者熟练程度的要求,以及避免大时延系统中由图像时滞导致的机器人操控盲目性。对该控制系统的体系结构、作业环境空间信息的提取、控制方法等进行了阐述,并通过实验验证了控制方法在提高遥操作机器人作业效率和安全性等方面的优越性。

遥操作机器人运动的实时三维监控方法研究

针对一般遥操作机器人实时运动监控的不足之处,提出一种新型遥操作机器人运动实时三维监控方法。首先根据遥机器人外形建立一个虚拟机器人三维外观网格模型,再根据机器人本体内部的关节及其他运动机构的位置,建立一个内嵌于网格模型下的骨骼模型;经过坐标、数学模型转换,把遥机器人运动学模型应用到虚拟机器人骨骼模型上,实现遥机器人与机器人骨骼模型的运动学模型一致。通过无线发送把遥机器人运动数据传输到监控端,利用Direct3D编程计算把运动数据转换成虚拟机器人运动指令,运动指令控制骨骼模型运动,骨骼模型的运动同时驱动虚拟机器人三维网格模型运动,虚拟机器人三维模型将产生一个与遥机器人同步运动的动画,从而实现了对遥操作机器人运动的三维监控。

遥操作机器人系统时延控制方法综述

遥操作机器人系统的应用和研究是目前机器人学一个重要的研究领域.尤其是网络遥操作系统的产生,更进一步扩大了应用领域,并对控制系统的设计带来了新的挑战.该文主要从控制的角度,面向各种性质的时延(如确定的或未知的,时变的或固定的等)对遥操作系统所带来的稳定性和透明度等问题,针对近年来为解决这些问题所提出的新的控制方法和理论进行系统的综述和分析,指出现有各种方法的优缺点,并提出了今后控制方法的研究方向和应具有的特点.

网络延时和负荷变化对基于网络的遥操作机器人系统的影响和解决方法

在基于网络的遥操作机器人系统中,由于网络延时具有随机性、可变性和不可预测性,这将会影响遥操作的实时性、准确性和可靠性。文章提出了一种网络延时模型,分析了网络延时和命令数据包丢失对基于网络的机器人遥操作系统所造成的影响,以及由于网络信道负荷的动态变化和延时抖动对视频传输所造成的不连续性和抖动现象,并提出了相应的解决办法。通过基于网络的机器人遥操作实验证明了该文所提出方法的有效性和可行性。