移动机器人宜人化遥操作系统研究.doc

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1、第28卷第4期增刊2007年4月移动机器人宜人化遥操作系统研究关周船，高宏伟，和永智，刘霁(中国科学院沈阳自动化研究所沈阳110016)■摘要：本文介绍了一种适用于移动机器人的宜人化遥操作系统，该系统利用双目图像进行环境场駅的三维重建，并对移动机器人及其载荷机械臂进行几何及运动学建模，结合图形学技术生成虚拟机器人、虚拟机械臂和虎拟地形。操作者在该虚拟环境中可以对虚拟机器人及虚拟机械管进行反复规划和仿真直至规划路径准确无课.该系统可以应用于星球探测机器人和危险作业机器人的仿真验证，具有重要的实用价值。关it词：移动机器人；遥操作丿虚拟环境Researchon

2、man基金项目：863项“反恐防暴机器人实用化关键技术研究"(2004AA420090)资助friendlyteleoperationsystemformobilerobotZhouchuan,GaoHongwHeYongzhi,LiuJi{ShenyangInstituteofAutomation9ChineseAcademyofScience,Shenyang110016,Cfcina)Abstract:Thispaperintroducesateleoperationsystemformobilerobot.Itexploitsbinocularim

3、agestoreconstruct3Denvironment.Virtualrobotsvirtualarmandvirtualterrainarecreatedaccordingtotheirgeometricalandkine-maticmodelbasedongraphictechniqueOperatorcanplanandsimulatethevirtualrobotandvirtualarmrepeatedly-inthevirtualenvironmentuntilthefinaltrajectoriesarecorrectThissyste

4、misveryimportantbecauseitcanbeappliedinemulationalvalidationofplanetroverandhazard-taskrobot.Keywords：mobilerobotjteleoperationivirtualenvironment1引•言在星球探测和危险作业环境中，移动机器人发挥着非常重要的作用。由于机器人通常位于完全未知的环境中,需要操作者对远端的机器人进行遥操作。文献［1］中介绍了一种面向火星车的遥操作系统,它利用VRML语言构建了虚拟火星车和虚拟环境，操作者可以与之进行交互仿真;文献［2

5、］中介绍了近期火星车图形交互仿真系统的软件构成及项目进展情况。通常的机器人遥操作系统具有类似图1的结构形式，其工作过程为:通过机器人携带的摄像机拍摄其所处位置的图像，连同自身状态发回到测控中心，并转发给遥操作系统，该系统利用三维重建技术生成环境模型，然后将一台与真实机器人具有相同几何模型和运动学模型的虚拟机器人放入其中,由操作者结合科学使命反复进行离线行为/轨迹规划和验证。随后，将规划好的行为/轨迹信息发送到测控中心，再由其转发到远端机器人予以执行。本文的结构如下:第2节介绍虚拟环境建模，包括环境地形建模和车体、手臂建模;第3节介绍车体与地形、机械臂与研磨

6、平面间的图形仿真方法，第4节中给岀实验结果;在第5节中作出结论。2虚拟环境建模本文所介绍的遥操作与图1具有相同的结构，为了保证图形仿真环境与真实环境具有高度一致性,本系统对立体图像进行三维重建得到移动机器人的环境地形点云数据。对于空间中任意一点M={x,y,zF,如果已手臂的精确几何模型•然后导人虚拟环境中，利用OpenGL软件库生成精确模型。根据实体的物理性质定义它们的基本属性（光照'颜色、纹理等），这样在虚拟环境中就显示出与真实移动机器人完全一致的精确的虚拟机器人三维模型。为了控制移动机器人模型每一部分的运动，模型间采用树状结构连接，每一个节点可定义为

7、一个运动关节，节点是分级的，上一级节点可以带动下一级节点运动，见图3。图1宜人化遥操作系统结构框图经确定了左右图像间的匹配关系，由立体视觉算法[3]可以计算得出M点的深度信息：?=与（1>a其中小为像机基线长度;d为视差信息。两幅图像中匹配关系的确定是利用了一种慕于图割全局优化的致密匹配算法⑷,这种全局匹配方法能够将两幅图像中尽可能多的待征点间建立匹配关系，最大限度地减少误匹配情况的产生;再根据（1）式及摄像机的内外参数计算真实环境中的三维点云•用delaucy算法对这些三维点进行三角剖分,形成三角网格，并将特征点对应的纹理灰度信息映射到图形平面上.就能够

8、得到与真实坏境髙度一致的地形网格图及面片图，见图2。图3移动机器人