资源描述：
《基于虚拟现实的空间机器人共享控制系统及其仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第21卷第3期宇航学报Vol121No132000年7月JOURNALOFASTRONAUTICSJuly2000基于虚拟现实的空间机器人共享控制系统及其仿真李华忠杨维萍柳长安(哈尔滨工业大学计算机科学与工程系·哈尔滨·150001)摘要研究了一种基于虚拟现实的空间机器人共享控制系统及其仿真。首先提出了一种增强型虚拟现实仿真系统方案,并建立了空间机器人仿真的虚拟环境。其次开发了基于此虚拟环境的自主与遥控相结合的共享控制系统,最后进行了计算机仿真研究。主题词空间机器人共享控制虚拟现实SHAREDCONTROLSYST
2、EMANDITSSIMULATIONBASEDONVIRTUALREALITYLiHuazhongYangWeipingLiuChangan(Hept.ofComputer,HarbinInst.ofTech·Harbin·150001)AbstractSharedcontrolsystemanditssimulationforSpaceRobotshavebeendiscussedinthispa2per.First,Simulationsystemwithaugmentedvirtualitykeelityan
3、dautonomousplanningbasedonvirtualmodelhavebeendeveloped.Then,sharedcontrolsystemcombinedautonomouscontrolwithteleoperationhasbeenproposed.Finally,computersimulationhasbeencompleted.KeywordsSpaceRobotsSharedcontrolVirtualreality1引言空间机器人技术已成为当今人类探索、开发和利用宇宙资源的重要手
4、段,是衡量一个国家高科技发展水平的重要标志之一。现有研究已经表明基于VR的遥机器人和遥控科学是减轻宇航员舱内、舱外活动工作量的有效途径。而所谓虚拟现实(VirtualReality,简称VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的多传感融合与多媒体集成的计算机系统。人们可以利用该计算机系统生成某种虚拟环境(如宇宙空间、水下等作业环境),借助各种传感设备使操作者“投入”到该环境中,实现操作者与该环境进行直接的自然交互。而虚拟环境是指由计算机生成的具有真实感的立体图形,它可以是某种特定现实世界的真实体现,也可以是纯粹构想的世界
5、,通过视、听、触觉作用于操作者,使之产生“身临其境”感觉收稿日期:1998年10月5日,修回日期:1999年11月26日第3期李华忠等:基于虚拟现实的空间机器人共享控制系统及其仿真101的交互式视景。概略地说VR具有四大主要特征:多感知性(Mutti2Sensation)、存在性(Presence)、交互性(Interaction)与自主性(Autonomy);可以说VR是一种自然的人机接口,其技术本质可用三个“I”来描述:Immersion(沉浸)、Interaction(交互)、Imagination(构想)。
6、本文研究了一种基于VR的SR共享控制系统及其仿真。首先提出了一种增强型虚拟现实仿真系统方案,并建立了SR仿真的虚拟环境。其次开发基于此虚拟环境的自主与遥控相结合的共享控制系统,最后进行了计算机仿真研究。2增强型VR仿真系统方案VR系统设计的基本手段和目标就是充分利用并集成高性能的计算机软硬件及多种传感器,创建一个具有自然交互作用,使操作员能产生身临其境之沉浸感的三维、动态、逼真和可交互的空间机器人虚拟环境。为此本文提出了一种增强型VR仿真系统方案,其由具有临场感的人机接口系统、具有真实感的虚拟环境仿真器系统、模拟的
7、实际环境系统及虚拟环境图象与实际环境图象的校准处理系统四大模块组成。人机接口系统、虚拟环境仿真器系统及校准系统三大模块构成虚拟现实系统,而实际环境系统仅仅作为遥控操作系统中的被控目标与作业对象,用来检验虚拟现实系统的可行性和正确性。本系统各模块的构成和功能如下:(1)人机接口系统:由立体显示器、头部动作测量器、声音控制器、主机械手和操纵杆五部分组成。其中,立体显示器和头部动作测量器部分构成立体头盔显示系统(HMD)。它不断能显示立体图像,而且被显示的内容随头部的运动而改变,给操作员提供身临其境的感觉。声音控制器、主
8、机械手和操纵杆都是控制远程空间机器人的装置,其中声音控制器既可通过操作员的自然语言来控制远程机器人又可通过自然语言来汇报远程机器人的操作结果,为操作员提供自然交互能力。(2)虚拟环境仿真器:由虚拟环境模型、虚拟环境仿真器和作业训练器三部分组成。其中,虚拟环境模型与虚拟环境仿真器能使操作员在不可视条件下通过虚拟环境仿真器提供的可视信息来完成作业,同时基于虚拟环
