基于虚拟现实的空间机器人遥操作地面实验研究.pdf

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1、j基于虚拟现地实面的实空验问研机究器人遥操作刘冬雨，蒋再男，谢宗武，刘宏(哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江哈尔滨150080)ExperimentsResearchonVirtualRealityBasedSpaceRobotTeleoperationonGroundLIUDong—yu。JIANGZai—nan·XIEZong—WU，LIUHong(StateKeyLaboratoryofRoboticsandSystem，HarbinInstituteofTechnology，Har

2、bin150080，China)摘要：以空间机器人在轨服务为背景，建立了基0引言一于虚拟现实的机器人臂／灵巧手遥操作地面实验系统，模拟了空间机器人遥操作的情形。系统主要包对于工作在空间环境中的机器人系统，由于其括虚拟环境建模、人一机交互接口设计、机器人运动作业环境的复杂性和当前智能技术发展的限制，依学建模和时延模拟环节。利用该遥操作系统，在模靠机器人系统自主地完成各种操作任务在目前是很拟的地面一空间大时延(约1Os)遥操作条件下，完成难实现的。在很多情况下都要将人类地面操作包括了销孔装配的典型空间装配任务。

3、验证了在结构化进控制回路[1]，即本地的操作者利用遥操作设备实环境中遥操作时，虚拟现实技术克服大时延影响的现对远端机器人系统的遥控。将人类的地面操作包有效性。含到整个控制回路，可以将人类的智能延伸至远端关键词：虚拟现实；遥操作；运动学；空间机器人机器人实现对未知复杂环境的操作。但随之带来的中图分类号：TP242．3就是天地之间的通信时延的问题。时延对遥操作系文献标识码：A统的一个主要影响是操作者无法实时看到当前现场文章编号：1001—2257(2010)08—0057一O4的视频图像，使操作者不得不采用“移

4、动一等待”的方Abstract：Asthebackgroudofspaceroboton——法克服时延的影响，因而效率很低。orbitservice，robotarmanddexteroushandteleop—为提高遥操作机器人系统的能力和效率，临场erationgroundexperimentalsystembasedonvirtu—感技术是必不可少的[2]。大量空间机器人遥操作实alrealityhasbeensetupinthispaper，simulates验[3]表明，基于虚拟现实的预测显示技术

5、是遥操thespacerobotteleoperation．Thissysteminvolves作中克服大时延影响的一项关键技术。对于结构化环境中的操作作业，可以在本地建立系统运行的仿virtualenvironmentmodeling，man—machineinter—facedesign，robotsystemkinematicsmodelingand真模型，对系统状态进行预测，并以图形的方式显示timedelaymodelingdesign．Utilizingthisteleoper—给操作员。由于操

6、作者与虚拟机器人模型之间没有ationsystemwithlOStime——delaybetweenground延时，因此虚拟机器人模型可以立即响应操作者的输入，补偿掉视觉信息时延对于操作者的影响，辅助andspace，classicalspaceassemblagetasks，pin—holeassemblage，havebeenaccomplished．Validity操作者顺利、可靠地完成操作任务。ofvirtualrealityintime——delayteleoperationof1机器人臂／手遥

7、操作系统结构structuredenvironmenthasbeenproved．遥操作系统主要分为2个部分：基于虚拟现实Keywords：virtualreality；teleoperation；kine—的遥操作主端和从端遥操作机器人系统。主端的人matics；spacerobot一机交互系统由空间鼠标、力反馈数据手套等设备和基于OpenInventor的虚拟现实图形仿真界面组成；收稿日期；2010一O3—29基金项目：哈尔滨市科技创新人才基金(2008RFQXG053)从端机器人系统由哈尔滨工业大学机

8、器人研究所研《机械与电子~2010(8)·57·制的6自由度空间机器人和HIT／DLR五指灵巧手坐标系相对于基础坐标系的齐次变换矩阵：组成的机器人臂／灵巧手系统、作业平台和服务器组oT一2T(01)；T(Oz)；T(03)i()：T(05)3T(06)；T成。(2)操作者通过空间鼠标、力反馈数据手套，分别控该系统的空间机器人满足逆运动学存在封闭解制仿真场景中的机械臂和灵巧手模型，仿真程序经的充分条件(Pieper