空间遥操作任务中显控界面关键技术研究进展

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1、第２０卷第５期载人航天Ｖｏｌ．２０Ｎｏ．５２０１４年９月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＳｅｐ．２０１４空间遥操作任务中显控界面关键技术研究进展薛书骐，姜国华，田志强，蒋婷（中国航天员科研训练中心，人因工程国防科技重点实验室，北京１０００９４）摘要：为提高空间站机械臂等空间遥操作任务的操作表现，提升操作者的临场感是一项重要的技术途径。为此，须开展显控界面的工效学设计。结合目前国内外研究文献，分别就视觉实景界面，增强现实界面，对抗时延的操作策略，语音、力觉交互以及预警机制等几项关键技术进行了梳理和讨论，并提出了几项空间遥操作人机界面可以深入展开的研究方向。关键词：空间遥操作

2、；显示与控制；人机界面；时延＋中图分类号：Ｖ４２３．４１；Ｒ８５７．１文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１４）０５-０４９７-０６ProgressoftheKeyTechnologiesinHuman-ComputerInterfaceinSpaceTeleoperationＸＵＥＳｈｕｑｉ，ＪＩＡＮＧＧｕｏｈｕａ，ＴＩＡＮＺｈｉｑｉａｎｇ，ＪＩＡＮＧＴｉｎｇ（ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｕｍａｎＦａｃｔｏｒｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＡｓｔｒｏｎａｕｔＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＴｒａｉｎｉｎｇＣｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，

3、Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｈｕｍａｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｐａｃｅｔｅｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｕｃｈａｓｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎｒｏｂｏｔｉｃａｒｍｏｐｅｒａｔｉｏｎｔａｓｋ，ｉｔｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｅｃｈｎｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｏｐｅｒａｔｏｒｓ＇ｔｅｌｅｐｒｅｓｅｎｃｅｌｅｖｅｌ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｅｒｇｏｎｏｍｉｃｄｅｓｉｇｎｏｆｈｕｍａｎ-ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅ（ＨＣＩ）ｓｈｏｕｌｄｂｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｒｅｌａｔｅ

4、ｄｆｉｅｌｄｓ，ｓｅｖｅｒａｌｋｅｙｆａｃｔｏｒｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｒｅａｌｓｃｅｎｅｖｉｓｕａｌｉｎｔｅｒ-ｆａｃｅ，ｖｉｒｔｕａｌａｎｄａｕｇｍｅｎｔｅｄｒｅａｌｉｔｙｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓａｇａｉｎｓｔｔｉｍｅｄｅｌａｙ，ｖｅｒｂａｌａｎｄｈａｐｔｉｃｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ，ｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ａｆｅｗｉｔｅｍｓｏｆｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｗｅｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Keywords：ｓｐａｃｅｔｅｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ；ｄｉｓｐｌａｙａｎｄｃｏｎｔｒｏｌ；ｈｕｍ

5、ａｎ-ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ｔｉｍｅｄｅｌａｙ息、计算机辅助计算信息等决策支持条件，一方面１引言为系统提供操作者的决策指令。其性能优劣直接［２］以空间站机械臂、月球／火星车为代表的空间决定了操作者完成操作任务的难易程度。遥操作机器人在空间站建设、空间探索等任务中当前国内的遥机器人研究团队，依然习惯于［１］发挥着至关重要的作用。而当前机器人智能从计算机硬件、机器人结构或通讯系统的角度来化、自动化水平仍不能完全满足实际空间任务的进行研究，显控界面并没有获得足够重视。对操作业需求，所以仍需要有操作者远程参与控制操作者友好程度低的界面直接引发了操作效率的下作与决策。降

6、乃至操作安全性问题。本文将从工效学的角空间遥操作机器人系统是人、机、环境相互作度，对空间遥操作任务中人机显控界面的研究热用的复杂系统，其一般结构形式如图１所示。在点、关键技术进行梳理和分析。任务中如何能提高操作者的绩效表现是系统关注２空间遥操作的显控界面的核心问题。而人机显控界面（ＨＣＩ），一方面为操作者呈递远端环境的视觉图像信息、传感器信２畅１空间遥操作的概念收稿日期：２０１４-０１-２３；修回日期：２０１４-０４-２８基金项目：国家自然科学基金（７１３７１１７４）；中国航天医学工程预先研究项目（２０１２ＳＹ５４Ａ１７０５）作者简介：薛书骐（１９８９-），男，硕士研究生，

7、研究方向为情境意识和人机界面。Ｅ-ｍａｉｌ：ｘａｖｉｅｒｘｕｐｅｒ＠１６３．ｃｏｍ４９８载人航天第２０卷遥操作（Ｔｅｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ）意指在控制回路中操作键盘、鼠标等，操作者通过这些装置将自己的控制者和操作对象（末端执行器）之间相隔一定的物理决策赋给计算机-机器人系统，也就是人的输出环距离，操作者需要根据摄像头图像或传感器反馈信节。两者共同构成了遥操作人机交互的显控界息等方式来对操作对象进行控制的操作。近年来，面。图２所示是国际空间站（ＩＳＳ）的空间站机械［５］遥操作被广泛应用于多种不适于人或自动化机器臂显控