基于虚拟现实的主-从遥操作系统研究.pdf

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1、2010年4月机床与液压Apr．2010第38卷第7期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．38No．7DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2010．07．027基于虚拟现实的主一从遥操作系统研究关铁鹰，杨达毅(长春工程学院机电学院，吉林长春130012)摘要：为研究力觉临场感系统遥操作机器人系统不可避免地存在的通讯时延问题，开发一套基于虚拟现实机器人临场感系统。介绍该系统的体系结构、几何实体建模、人机接口技术等，并对采用图形仿真技术来解决遥操作过程中的时延问题进行探讨，通过实验验证采用图形机器人来干预现实机

2、器人运动的可行性。关键词：延时；工程机器人；遥操作；虚拟现实中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1001—3881(2010)7—082—3ResearchonMaster-slaveTele·roboticsSystemwithTelepresenceBasedonVirtualRealityGUANTieying。YANGDayi(ChangchunInstituteofTechnology，ChangchunJilin130012，China)Abstract：Inordertoinvestigatethecommunicati

3、ontimedelayinforcetelepresenceofthetele—roboticssystem，atelepresencesystembasedonvirtualrealitywassetup．Thesystemstructure，geometricalnoumenonmodeling，andman—machineinterfacewereintroduced，Inthetele—roboticssystem，graphicalrobottechnologywasusedtosolvethetimedelay．Experiment

4、alresultsprovethevalidityofthereappearanceofthemovementofanactualrobotbyagraphicalrobot．Keywords：Timedelay；Graphicalrobot；Tele—operation；Virtualreality交互式主一从操作机器人系统的实现，极大地改器。善机器人的作业能力，使人类可以将自己的智慧和在实际研究过程中，由于仿真系统的机器人建技术同机器人的适应能力相结合，完成有害环境或远模、三维图形渲染以及机械手的碰撞检测、抓取判距离下的作业任务。在遥操作机

5、器人的控制系统中，别等计算要占用大量系统资源，为保证仿真机器人通讯时延是不可避免的，为此开发了基于虚拟现实的运动状态的及时刷新，将三维图形仿真从主控制程力觉临场感系统，并对具有时延的力觉临场感技术和序分离，移植到一台计算能力较强的高档微机上。交互远程操作技术进行深入研究。同时，考虑到数据传输过程，尤其是无线通信中，1系统总体构成各种不确定外界干扰的存在，数据在传送时极易丢该临场感遥操作机器人系统按功能分包括机械失，为确保控制信息的可靠性，减轻网络负担，减手、电液控制子系统、位移伺服控制子系统、视觉临小数据量过大引起的时延，系统采用控制数据与视场

6、感子系统、无线通信子系统及各种压力、位移传感频信号分开传输的策略，如图1所示。瑚场端力反馈操作扦图1具有临场感的虚拟现实遥操作机器人结构图收稿日期：2009—00—0o作者简介：关铁鹰(1960一)，讲师，主要从事机械设计制造及其自动化方面的教学与科研工作。电话：0431—85711300，E—mail：chchgty@yeah．neto第7期关铁鹰等：基于虚拟现实的主一从遥操作系统研究·83·在遥操作过程中，操纵人员处于安全地点，通过选用电液比例阀作为控制元件，主要考虑从机器人抓力反馈操纵杆直接操纵虚拟环境中的仿真机器人，输手的作业环境一般比

7、较恶劣，而比例阀在实际应用中入控制信号经过一定的通讯时延后由无线通信环节传除中位有死区外，其稳态特性已与伺服阀不相上下，送给工作现场的机器人，从而实现远端机器人的位置并且比例阀的制造成本和维护费用较低。跟随运动。在控制开始阶段，遥控机和现场机进行软件握手，成功后，现场计算机通过A／D卡连续不断读取机器人的各关节的位置、速度信息并通过无线网卡向遥控计算机传送，完成图形机器人的初始化工作，使操作者可以感知机器人所处的状态；同时，现场计算机和图形计算机均以事件驱动方式接收遥控计算机发送过来的控制指令。其中图形计算机完成虚拟机器人运动状态的实时更新，现

8、场机将操作者的控制指令通过算法解释为各关节的运动转角，并以10ms的间隔对机器人的位置、速度量进行采样、控制。如图2所示。图3四自由度从机器人主视图图