基于多传感器的空间遥操作机器人虚拟预测环境建模 被引量：2

1

作者 李会军 刘威 宋爱国 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期558-561,566,共5页

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... 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。 展开更多

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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3D图形预测仿真及虚拟夹具的大时延遥操作技术 被引量：20

2

作者 蒋再男 刘宏 +1 位作者 谢宗武 赵京东 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期78-81,共4页

以空间机器人在轨服务为背景,建立了卫星在轨自维护系统的地面遥操作平台.远端由安装在卫星本体上的一个四自由度机器人和灵巧手的臂/手系统组成,当卫星出现故障时,遥操作者通过空间鼠标和力反馈数据手套分别控制远端的臂/手系统排除卫... 以空间机器人在轨服务为背景,建立了卫星在轨自维护系统的地面遥操作平台.远端由安装在卫星本体上的一个四自由度机器人和灵巧手的臂/手系统组成,当卫星出现故障时,遥操作者通过空间鼠标和力反馈数据手套分别控制远端的臂/手系统排除卫星故障,实现卫星的自我维护.对于地面-太空之间通讯的大时延,利用3D图形预测仿真技术克服时延的影响,并采用虚拟夹具法提高遥操作系统的安全性和操作性能.在大时延及变时延(约7 s)的条件下,实现了武汉遥操作哈尔滨的自维护机器人臂/手系统,成功地完成了打开太阳能帆板的典型卫星在轨维护任务,验证了该方法的有效性,为今后实际空间机器人的地面遥操作提供了经验. 展开更多

关键词 空间机器人 遥操作 时延 预测仿真 虚拟夹具

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在线修正虚拟仿真预测的遥操作机器人系统 被引量：8

3

作者 胡凌燕 史康柏 +1 位作者 张碧纯 徐少平 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期247-254,共8页

带虚拟仿真预测系统的遥操作机器人在核电站等复杂环境中作业时,可能会出现虚拟仿真机器人与实际机器人的工作状态不同步,从而导致影响操作者判断,发出错误指令。研究了一种基于在线修正虚拟仿真预测算法的遥操作机器人系统。主端虚拟... 带虚拟仿真预测系统的遥操作机器人在核电站等复杂环境中作业时,可能会出现虚拟仿真机器人与实际机器人的工作状态不同步,从而导致影响操作者判断,发出错误指令。研究了一种基于在线修正虚拟仿真预测算法的遥操作机器人系统。主端虚拟仿真预测系统建立了从端环境及机器人的虚拟模型,根据操作者命令对从端机器人的状态实时预测,同时根据从端现场检测到的机器人状态对虚拟机器人进行在线修正,以保证虚拟仿真预测系统与从端机器人工作状态同步。实验结果表明:主端虚拟预测平台能够实时预测出从端工作状态;当从端机器人未能按照指令运动时,主端虚拟场景也与从端的工作状态同步。 展开更多

关键词 虚拟仿真 预测 遥操作机器人 在线修正 同步

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基于Internet的机器人遥操作虚拟环境的关键问题 被引量：5

4

作者 高胜 赵杰 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期649-653,共5页

对于Internet遥操作机器人系统存在的网络传输时延问题,基于预测显示方法的虚拟操作环境是解决该问题的主要途径.从提高系统的扩展性与操作性的角度出发,对机器人操作虚拟环境涉及的关键问题进行了研究.首先,采用面向对象方法在Java/Jav... 对于Internet遥操作机器人系统存在的网络传输时延问题,基于预测显示方法的虚拟操作环境是解决该问题的主要途径.从提高系统的扩展性与操作性的角度出发,对机器人操作虚拟环境涉及的关键问题进行了研究.首先,采用面向对象方法在Java/Java3D开发平台上构建了机器人操作虚拟环境,从而保证系统具有良好的扩展性.其次,为了提高操作者对远端操作环境的感知能力,基于自制的多传感器智能手爪构造了其图形化信息表达形式.最后,结合操作虚拟环境与智能手爪的长/短激光测距传感器,实现了操作物体空间姿态的实时动态更新,为操作的有效性提供了有意义的参考信息. 展开更多

关键词 遥操作 INTERNET 虚拟环境 建模 多传感器 模型更新

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遥操作机器人系统中虚拟环境的构建 被引量：6

5

作者 周晓晶 《现代电子技术》 2006年第19期73-75,共3页

虚拟环境的建模是基于虚拟现实的遥操作机器人系统的关键技术。根据遥操作机器人系统中虚拟环境的组成结构,创建了虚拟机器人和弹性体作业对象的几何模型、运动模型和物理模型,推导了基于弹簧质点模型的弹性体受力和形变的基本方程,并... 虚拟环境的建模是基于虚拟现实的遥操作机器人系统的关键技术。根据遥操作机器人系统中虚拟环境的组成结构,创建了虚拟机器人和弹性体作业对象的几何模型、运动模型和物理模型,推导了基于弹簧质点模型的弹性体受力和形变的基本方程,并介绍了虚拟现实系统的主要人机接口设备,最后建立了由数据手套控制的机器人抓取弹性小球的虚拟环境的模型。 展开更多

关键词 虚拟现实 遥操作机器人 虚拟环境 弹性体

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基于中间件技术的多机器人遥操作的虚拟环境

6

作者 赵杰 高永生 蔡鹤皋 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第7期1066-1071,共6页

当操作者通过Internet网络控制远端机器人时,结构合理的虚拟操作环境可以增强远程控制能力,良好的网络通信能力可以保证操作意图的有效性.首先阐明了虚拟操作环境在多机器人网络遥操作系统中的重要作用,然后分析了以CORBA(公共对象请求... 当操作者通过Internet网络控制远端机器人时,结构合理的虚拟操作环境可以增强远程控制能力,良好的网络通信能力可以保证操作意图的有效性.首先阐明了虚拟操作环境在多机器人网络遥操作系统中的重要作用,然后分析了以CORBA(公共对象请求中介体系结构)/Java技术融合为基础的中间件技术的特点,及其在实现分布式虚拟环境过程中的通信作用.在进行虚拟环境(VE)结构分析的基础上,通过定义VE中的客户类和服务器类,利用统一建模语言(UML)图形化表达了VE框架的内在关系.通过在VE中实现销孔装配实验,表明通过融合CORBA/IIOP的网络互操作性和Java的可移植对象结构,可以有效实现网络对象通信;所建立的VE具有良好的人机交互能力,可以保证操作者预期的操作要求和在Internet网络中实现多操作者实时协作和并行操作能力. 展开更多

关键词 多机器人 虚拟环境(VE) 中间件 遥操作 CORBA(公共对象请求代理结构)

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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 被引量：2

7

作者 阳雨妍 宋爱国 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期101-111,共11页

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;... 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。 展开更多

关键词 遥操作机器人 几何学修正 视触融合 KDtree 虚拟环境

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基于虚拟夹具的交互式空间机器人遥操作实验 被引量：14

8

作者 张斌 黄攀峰 +1 位作者 刘正雄 朱建军 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期446-450,共5页

预测仿真技术是目前消除大时延对遥操作影响的主要方法。在操作者控制虚拟机械臂与仿真环境中的物体接触之前,仅有的视觉信息不足以提供充分的临场感信息,操作者无法进行安全有效的操作;由于肌肉颤抖等原因导致徒手控制的精度较低,操作... 预测仿真技术是目前消除大时延对遥操作影响的主要方法。在操作者控制虚拟机械臂与仿真环境中的物体接触之前,仅有的视觉信息不足以提供充分的临场感信息,操作者无法进行安全有效的操作;由于肌肉颤抖等原因导致徒手控制的精度较低,操作者无法进行精确的操作。针对这两个问题,使用虚拟夹具技术对操作者的动作进行限制和引导。实验结果表明,在虚拟夹具的辅助下,可以有效提高操作者的临场感,使操作者快速准确完成遥操作任务。 展开更多

关键词 预测仿真 时延 临场感 遥操作 虚拟夹具

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基于虚拟现实的机器人遥操作关键技术研究 被引量：33

9

作者 倪得晶 宋爱国 李会军 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期2351-2363,共13页

机器人遥操作是实现空间、医疗及深海等领域作业的重要手段,基于虚拟现实的机器人遥操作是克服时延的有效方法,具有透明性强、稳定性高的优点,成为当前机器人遥操作的主要方式。首先分析了基于虚拟现实的机器人遥操作系统的关键组成部分... 机器人遥操作是实现空间、医疗及深海等领域作业的重要手段,基于虚拟现实的机器人遥操作是克服时延的有效方法,具有透明性强、稳定性高的优点,成为当前机器人遥操作的主要方式。首先分析了基于虚拟现实的机器人遥操作系统的关键组成部分,并对其关键模块的具体作用进行了介绍;其次,归纳分析了各类虚拟现实环境建模方法,主要从几何建模和动力学建模方面展开,阐述了每种方法的应用领域、主要特点;此外,进一步分析了遥操作虚拟夹具设计的构建方法及适用领域。最后对当前存在的难点进行总结,指出今后研究的思路。 展开更多

关键词 虚拟现实 遥操作 环境建模 虚拟夹具

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基于Internet和Java3D的多机器人操作虚拟环境 被引量：4

10

作者 高胜 赵杰 蔡鹤皋 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第1期63-68,共6页

网络传输时延的不确定性和机器人之间的有效协调是多机器人遥操作系统研究的关键问题 .采用Java和Java3D技术构建了基于Internet的虚拟操作环境 ,改变了传统上基于视频信息作为反馈的操作模式 ,克服了网络传输时延对系统操作性能的影响 ... 网络传输时延的不确定性和机器人之间的有效协调是多机器人遥操作系统研究的关键问题 .采用Java和Java3D技术构建了基于Internet的虚拟操作环境 ,改变了传统上基于视频信息作为反馈的操作模式 ,克服了网络传输时延对系统操作性能的影响 .提出了基于虚拟向导的概念并加以实现 ,处于异端的操作者能够准确地预测其它操作者的操作意图并实现有效的协调动作 .通过两个典型操作实例的分析 。 展开更多

关键词 协调 遥操作 INTERNET 虚拟环境 向导

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基于环境建模与修正的视觉/力觉辅助遥操作系统 被引量：7

11

作者 徐效农 宋爱国 +1 位作者 朱澄澄 倪得晶 《载人航天》 CSCD 2016年第1期55-61,共7页

为增强空间遥操作系统的力交互性,提出了一种基于视觉/力觉辅助的空间遥操作系统。结合虚拟现实技术,借助力觉反馈设备搭建了基于虚拟3D视觉反馈和虚拟力觉反馈的空间遥操作实验平台。使用KINECT相机采集3D点云数据,采用滑动最小二乘法(... 为增强空间遥操作系统的力交互性,提出了一种基于视觉/力觉辅助的空间遥操作系统。结合虚拟现实技术,借助力觉反馈设备搭建了基于虚拟3D视觉反馈和虚拟力觉反馈的空间遥操作实验平台。使用KINECT相机采集3D点云数据,采用滑动最小二乘法(SLSM)在线识别未知环境中的模型参数并更新本地虚拟环境。通过虚拟预测环境产生实时的视觉、力觉反馈。基于人工势场的共享控制方法,产生引力或斥力信号来增强操作者控制远端机器人的避障及接近操作目标的能力。该方法在7自由度Schunk机械臂上得到了实现,实验表明此方法能够克服2 s时延影响并显著提高操作效率。 展开更多

关键词 虚拟环境 3 D建模 模型修正 遥操作 视觉/力觉辅助

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遥操作机器人系统的预测控制 被引量：6

12

作者 陈启宏 费树岷 宋爱国 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第2期177-181,共5页

遥操作机器人系统传输通道中存在通讯时延 ,造成系统不稳定和操作性能降低等问题 .为了消除或减少时延的影响 ,利用前向神经网络建立环境模型 ,通过神经网络模型预测从机械手受力 ,并用时间前向观测器预测从机械手状态 ;然后用力、位置... 遥操作机器人系统传输通道中存在通讯时延 ,造成系统不稳定和操作性能降低等问题 .为了消除或减少时延的影响 ,利用前向神经网络建立环境模型 ,通过神经网络模型预测从机械手受力 ,并用时间前向观测器预测从机械手状态 ;然后用力、位置和速度反馈对系统进行设计 ,使得系统在环境模型未知的条件下稳定 ,还能获得良好的透明性 ;最后 ,将预测方法与无源控制方法进行切换 ,保证系统在环境剧变时的稳定性 . 展开更多

关键词 遥操作机器人系统 预测控制 前向神经网络 环境模型 机械手 无源控制

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面向空间机械臂遥操作的虚拟相机成像技术 被引量：2

13

作者 谢宗武 马博宇 +1 位作者 蒋再男 刘阳 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期631-638,共8页

对于采用虚拟图形预测仿真克服天地不确定大时延的地面遥操作,为使任务专家准确监视、预测并遥控空间机械臂的运动,本文研究了Open Inventor软件开发包中虚拟相机的成像技术。分析了真实相机与虚拟相机的成像原理,推导了虚拟相机的透视... 对于采用虚拟图形预测仿真克服天地不确定大时延的地面遥操作,为使任务专家准确监视、预测并遥控空间机械臂的运动,本文研究了Open Inventor软件开发包中虚拟相机的成像技术。分析了真实相机与虚拟相机的成像原理,推导了虚拟相机的透视投影和视口变换矩阵。依据二者的成像原理,对真实相机和虚拟相机的成像进行了一致性分析,并展开定量及定性验证。研究表明:基于Open Inventor开发包搭建的中国空间站及空间机械臂的仿真系统,可对空间机械臂的末端及肘部相机进行虚拟成像并准确模拟真实成像,为空间机械臂通过地面遥操作安全精准地完成在轨任务奠定了基础。 展开更多

关键词 空间机械臂 遥操作 虚拟相机 透视投影 一致性分析 相机标定 预测仿真 Open Inventor开发包

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空间机器人大时延遥操作技术研究综述 被引量：24

14

作者 王永 谢圆 周建亮 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期299-306,共8页

空间机器人是完成多种空间作业任务的主体,能否在地空间存在大时延情况下实现有效的地面遥操作是发挥空间机器人作用的关键。从基于虚拟预测环境遥操作和双边遥操作两个方面,对国内外空间机器人大时延遥操作技术研究进行了系统的综述和... 空间机器人是完成多种空间作业任务的主体,能否在地空间存在大时延情况下实现有效的地面遥操作是发挥空间机器人作用的关键。从基于虚拟预测环境遥操作和双边遥操作两个方面,对国内外空间机器人大时延遥操作技术研究进行了系统的综述和深入的分析,并在此基础上提出了进一步的发展方向。 展开更多

关键词 空间机器人 遥操作 基于虚拟预测环境遥操作 双边遥操作

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基于多通道增强现实的机器人遥操作技术研究 被引量：5

15

作者 丑武胜 孟偲 王田苗 《高技术通讯》 EI CAS CSCD 2004年第10期49-52,共4页

在传统的预测仿真控制方法的基础上，提出了多通道增强现实遥操作控制策略，以克服通讯时延的影响。通过实际视频图像和预测仿真图形的叠加来消除模型的误差，同时基于TIN(Triangulated Irregular Network)表达的虚拟环境中物体模型，... 在传统的预测仿真控制方法的基础上，提出了多通道增强现实遥操作控制策略，以克服通讯时延的影响。通过实际视频图像和预测仿真图形的叠加来消除模型的误差，同时基于TIN(Triangulated Irregular Network)表达的虚拟环境中物体模型，对虚拟环境中的虚拟接触力进行实时再现，提高操作者的临场感，辅助操作者完成精细的远程操作。实验结果验证了本文所提方法有效性和实用性。 展开更多

关键词 增强现实 机器人遥操作 多通道 虚拟环境 临场感 远程操作 实时 体模 辅助 表达

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力觉临场感遥操作机器人(1):技术发展与现状 被引量：48

16

作者 宋爱国 《南京信息工程大学学报（自然科学版）》 CAS 2013年第1期1-19,共19页

人机交互式机器人作为最具实用价值的特种机器人已成为当前机器人学研究的前沿和热点.临场感(Telepresence)技术是人机交互的核心.首先,回顾了力觉临场感遥操作机器人技术的产生、发展和现状,介绍了力觉临场感遥操作机器人在核领域、空... 人机交互式机器人作为最具实用价值的特种机器人已成为当前机器人学研究的前沿和热点.临场感(Telepresence)技术是人机交互的核心.首先,回顾了力觉临场感遥操作机器人技术的产生、发展和现状,介绍了力觉临场感遥操作机器人在核领域、空间探测领域与远程医疗领域的应用情况;其次,对力觉临场感遥操作机器人的4大关键技术:传感技术、力反馈与触觉再现技术、大时延控制技术和虚拟预测环境建模技术等进行了综述;还介绍了东南大学仪器科学与工程学院机器人传感与控制研究所近20年来开展临场感遥操作机器人技术研究,以及在核探测、康复医疗领域应用的情况.通过回顾与分析,指出了力觉临场感遥操作机器人技术今后需要研究的几个重点问题. 展开更多

关键词 力觉临场感 遥操作机器人 机器人传感器 力触觉再现 大时延 控制 虚拟环境

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面向空间机械臂的遥操作人-机交互系统设计 被引量：3

17

作者 汤奇荣 夏乾臣 +1 位作者 徐宸飞 徐鹏杰 《指挥与控制学报》 CSCD 2022年第3期278-285,共8页

空间站机械臂是空间站的关键技术之一.针对太空环境中,其操纵复杂度高、操作难度大、交互效率低、限制多和天地大时延等实际问题,设计了面向空间机械臂的遥操作人机交互系统.提出并优化了一种基于Kinect相机的手势识别算法,通过骨骼跟... 空间站机械臂是空间站的关键技术之一.针对太空环境中,其操纵复杂度高、操作难度大、交互效率低、限制多和天地大时延等实际问题,设计了面向空间机械臂的遥操作人机交互系统.提出并优化了一种基于Kinect相机的手势识别算法,通过骨骼跟踪与深度信息处理分类并加工识别图像,为操作者提供反馈;结合仿真软件设计了机械臂遥操作控制方案,配置微重力虚拟现实环境;结合模型预测控制,提出了一种基于状态预报的遥操作时延控制方案.仿真实验验证表明,该方法利用手势交互的视觉反馈与虚拟状态预测,可引导操作者在微重力下控制机械臂抓取并移动物体,实现人在回路的空间机械臂遥操作控制,有效降低了时延. 展开更多

关键词 遥操作 空间机械臂 手势识别 模型预测控制 时延问题 虚拟现实技术

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