基于环境建模与修正的视觉力觉辅助遥操作系统

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1、第２２卷第１期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．１２０１６年２月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＦｅｂ．２０１６基于环境建模与修正的视觉／力觉辅助遥操作系统徐效农，宋爱国，朱澄澄，倪得晶（东南大学仪器科学与工程学院，南京２１００９６）摘要：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

2、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２ｓ时延影响并显著提高操作效率。关键词：虚拟环境；３Ｄ建模；模型修正；遥操作；视觉／力觉辅助中图分类号：ＴＰ２４２文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１６）０１-００５５-０７Visual-hapticAidTeleoperationSystemBasedonEnvironmentModelingandUp

3、datingＸＵＸｉａｏｎｏｎｇ，ＳＯＮＧＡｉｇｕｏ，ＺＨＵＣｈｅｎｇｃｈｅｎｇ，ＮｉＤｅｊｉｎｇ（ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｐａｃｅｔｅｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ａｎｅｗｋｉｎｄｏｆｔｅｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｖｉｓｕａｌ-ｈａｐｔｉｃａｉｄｍｅｔｈｏ

4、ｄｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｖｉｒｔｕａｌｒｅ-ａｌｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｉｒｔｕａｌ３Ｄｖｉｓｕａｌ-ｈａｐｔｉｃｆｅｅｄｂａｃｋｔｅｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｐｌａｔｆｏｒｍｗａｓｓｅｔｕｐｗｉｔｈｔｈｅｈａｐｔｉｃｄｅｖｉｃｅ．ＡＫＩＮＥＣＴｃａｍｅｒａｗａｓｕｓｅｄｔｏｃｏｌｌｅｃｔｅｄ３Ｄｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄｄａｔａ．ＳｌｉｄｉｎｇＬｅａｓｔＳｑｕａｒｅｓＭｅｔｈｏｄ（ＳＬＳＭ）ｗａｓａｌｓｏａｄｏｐｔｅｄｔｏｉｄｅｎｔｉｆｙｔｈｅｍｏｄｅｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａ

5、ｎｄｕｐｄａｔｅｔｈｅｌｏｃａｌｖｉｒ-ｔｕａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｎｌｉｎｅ．Ｔｈｅｒｅａｌ-ｔｉｍｅｖｉｓｉｏｎａｎｄｆｏｒｃｅｗｅｒｅｆｅｄｂａｃｋｔｏｔｈｅｈｕｍａｎｏｐｅｒａｔｏｒｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ａｓｈａｒｅｄｃｏｎｔｒｏｌｐａｒａｄｉｇｍｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎａｒｔｉｆｉｃｉａｌｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｉｅｌｄ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｃｒｅａｔｅａｔｔｒａｃｔｉｏｎｏｒｒｅｐｕｌｓｉｏｎｆｏｒｃｅ，ｔｏｅｘｔｅｎｄｔｈｅｈｕｍａｎ’ｓａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｏ

6、ｂｓｔａｃｌｅａｖｏｉｄｉｎｇａｎｄｔａｒｇｅｔａｐｐｒｏａｃｈｉｎｇ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｗａｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｏｎａ７-ＤＯＦＳＣＨＵＮＫｒｏｂｏｔｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ．Ｉｔｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈａｔｉｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆａｒｏｕｎｄ-ｔｒｉｐｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｄｅｌａｙｏｆｕｐｔｏ２ｓｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｅｆｆｉ-ｃｉｅｎｃｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．Keywords：ｖｉｒｔｕａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；３Ｄｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｍｏｄｅｌｕｐｄａｔｉｎｇ；ｔｅｌｅｏ

7、ｐｅｒａｔｉｏｎ；ｖｉｓｕａｌ-ｈａｐｔｉｃａｉｄ术受到了国内外的广泛关注，欧洲、美国、日本等１引言地区和国家都对空间机器人的遥操作技术进行了空间机器人是深入开展载人航天活动必不可深入的研究。由于操作者与机器人在地理上分［２］少的工具，它在空间站系统中承担着舱段捕获与开，星地链路大通信时延总是存在，会影响整转移、仪器设备转移与安装、辅助航天员作业等功个系统的稳定，在地面采用遥操作机械手远程完［１］能。成一系列复杂的任务是一个巨大的挑战。为了解［３］自上世纪９０年代以来，空间遥操作机器人技决这一问题，科研人员提出了很多方法。

8、收稿日期：２０１５-０８-２４；修回日期：２０１６-０１-０６基金项目：国家自然科学基金资助项目（６１３２５０１８，６１２７２３７９）作者简介：徐效农（１９８７－），男，博士研究生，研究方向为遥操作机器人技术。Ｅｍａｉｌ：ｘｘｎ＠ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ５６载人航天第２２卷Ａｎｄｅｒｓｏｎ与Ｓｐｏｎｇ提出散