基于虚拟现实的机器人遥操作系统设计

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1、万方数据机器人技术中文核心期刊<微计算机信息>(嵌入式与SOC)2008年第24卷第3—2期文章编号：1008-0570(2008)03-2-0246—03基于虚拟现实的机器人遥操作系统设计DesignofRobotTeleoperationSystemBasedonVirtualReality(河jEr业大学)张建畅王建超张明路陶会荣ZHANGJIANCHANGWANGJIANCHAOZHANGMINGLUTAOHUIRONG摘要：虚拟现实是一门新兴的学科。是迄今为止最强的人机接口技术。本文提出了基于虚拟现实的机器人遥操作系统的总

2、体结构，分析了系统的运作原理，建立了分层控制模型并对系统的硬件环境、虚拟环境的构建和视频监控系统的设计等关键技术进行了详细的阐述。将虚拟现实技术引入机器人遥操作系统。不仅增强了远端执行机构的作业能力，也拓展了设备的应用领域，使操作者能安全舒适的操纵机器人完成任务。关键词：虚拟现实；OpenGL；视频监控；多线程中图分类号．*TP24文献标识码：AAbstract：Asarisingsubject，virtualrealityisthebesthuman-machineinterfacetechnologySOfar．Thispape

3、rsubmitsthearchitec-turalstructureoftherobotteleoperationsystembasedonvirtualrealityandafteranalyzingtheprincipleofthesystem’soperation，itsetsupthemodelofhierarchicalcontr01．Subsequentlythispaperelaboratescriticaltechniquessuchastelerobot，creatingvirtualen-vironment，de

4、signingvideosupervisingsystemandSOon．Bringtechnologyofvirtualrealityinrobotteleoprationsystem，notonlystrengthenstheworkingabilityoftheactuatorbutalsowidensapplicationarea8ofthedevice．Manipulatorcansafelyandcozilycorn-pletestasksbyteleoperatingtherobot．Keywords：VirtualR

5、eality，OpenGL，videosupervising，multithread引言遥操作机器人作为机器人的一个重要分支，一直受到许多研究机构和研究人员的关注和重视。在危险、恶劣以及人类难以到达的环境中作业时，机器人可以作为人类智能的延伸，拓展人的感知和操作能力。由于现有的人T智能的局限性，实现机器人安全有效的全自主操作还不现实，因此，机器人的发展方向由早期的全自主方式向有人参与的方向发展，将人的智能同机器人的自主性有机的结合起来，形成了现在的遥操作系统。在基于虚拟现实的遥操作系统中，操作者通过操纵虚拟环境中的仿真机器人来实现对

6、远端真实机器人的遥控，这样不仅克服了通信时延的影响，还提供了友好的人机交互界面。通过改变虚拟环境中的视点和视角，得到了单一的视频反馈所达不到的监控效果，从而能更有效地协助操作者完成任务。美国著名计算机图形专家J．Foley曾指出，虚拟现实“或许是人机接口作为计算机设计的最后一个堡垒中最有意义的领域”。、本文以五自由度移动机械手为被控对象，利用VisualC++和OpenGL构建的虚拟环境来增强临场感，减少了通信时延造成的误操作，提高了工作效率。1基本结构及运作原理基于虚拟现实技术的机器人遥操作系统的主要功能就是张建畅：博士研究生。基

7、金项目：国家863计划项目”极限环境下面向危险品检测的多感官机器人系统”(2006AA042221)；河北省自然科学基金项目”面向公共安全的移动机械手目标辨识与定位”(E2006000030)；天津市科技发展计划项目”汽车导航多媒体系统研制”(嘶FGPGX072∞)通过操作虚拟的机器人来操纵现实中的机器人。本文的基本思想就是操作人员通过数据手套、键盘或鼠标等输入设备来控制虚拟机器人，最终实现对实际机器人的操作。系统的结构简图如图1所示。人机接口系统遥机器人系统’图1系统结构简图为了实现上述设计思想，系统从功能上分为人机接口系统、信息

8、传输系统和遥机器人系统三个部分。操作人员以人机对话的方式进行机器人作业信息的收集并对机器人下达各种指令，使遥机器人的各种传感器、执行机构和控制器有效的进行工作。操作人员、计算机A、计算机B以及立体显示设备和信息输入设备构成一个信息循环