基于虚拟现实的任务级遥操作技术研究

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1、华中科技大学硕士学位论文基于虚拟现实的任务级遥操作技术研究姓名：卢亚夫申请学位级别：硕士专业：工业工程指导教师：李世其;朱文革20080524华中科技大学硕士学位论文摘要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。本文研究了基于虚拟现实的网络遥操作预测仿真技术，构建了基于虚拟现实的网络遥操作机器人系统体系结构，规划了各个组成模块的功能。介绍了虚拟场景的开发环境，导入机器人模型，能与真实机器人进行运动映射

2、。针对复杂的遥操作任务，减少操作者的重复操作及步骤，提出模块化的任务级遥操作，将复杂任务逐级分解为由基本动素组成的动作序列。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。本文对网络时延及对系统的影响进行了分析。预测仿真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人工神经网络的预测方式，介绍了滚动预测算法的流程，根据主端命令和从端反馈的数据，对远端的机器人状态进行预测，并在三维虚拟仿真场景中显示。最后，为了提高操作者的临场感，建立机器人运动学模型，并在此基础上实现位置跟踪器对机器人模型的驱动

3、，达到模型既能按关节运动，又能按位置运动；建立数据手套传感器与灵巧手的映射关系，实现数据手套对灵巧手的驱动；同时也建立了力反馈器与数据手套的映射关系。关键词：遥操作，预测仿真，虚拟现实，任务级I华中科技大学硕士学位论文AbstractTele-operationsystemcanextendthehumanbeing’sabilitiesofapperceptionand operation,replacepeopletofinishtheirjobinsomedangerous,abominableorexcessive envir

4、onment.WiththerapiddevelopmentoftheInternet,theInternet-basedtele-operation technologyisgrowinguptoanimportantandhottopicallovertheworld.ThispapermainlystudiesthepredictivesimulationtechnologyofVR-based tele-operation.Aninternet-basedstructurehasbeenbuiltandeachmodelhas

5、beenplaned. Developmentenvironmentofvirtualscenehasbeenintroducedandrobotmodelhasbeen importedwhichcanwellmaptherobotinrealworld.Inordertoreducerepeatedoperationandprocessofoperatorincomplicated tele-operationtasks,thispaperadvancesmodulartask-leveltele-operationmethods

6、othat complicatedtaskcanbebrokendownintomotionsequencecomposedofmotionelements stepbystep.Internettime-delayisthekeyinherentproblemintele-operationsystem.Inthepaper,the affectionoftime-delayisdiscussed.Tosolvetheuncertaintyoftime-delayexistingin internettele-operation,t

7、heapproachofpredictivesimulationbasedartificialneuralnetwork isoneoftheselectedways.Accordingtomastercommandandslavefeedback,local operationsystempredictsthestateofrobotandshowsinthree-dimensionalsimulation system.Experimentalresultsdemonstratethefeasibilityandvalidityo

8、fthisapproach. Atlast,inordertoimproveoperator’stele-presence,thispaperbuildsamapbetween dataglovesensorsandde