辅助空间遥操作的虚拟管道设计与实现.pdf

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1、第35卷第7期宇航学报Vo1．35No．72014年7月JournalofAstronauticsJuly2014辅助空间遥操作的虚拟管道设计与实现田志宇，黄攀峰，刘正雄，(1．西北工业大学航天学院智能机器人研究中心，西安710072；2．西北工业大学航天飞行动力学技术重点实验室，西安710072)摘要：针对复杂空间环境下进行遥操作的安全性问题，提出一种基于路径点的光滑虚拟管道快速生成算法，改进深度优先算法对虚拟管道进行静态规划，并给出动态修正算法，实现管道的动、静态避障。虚拟管道可为操作者提供视觉、触觉等反馈信息以调整自

2、身操作。操作对象在管道内运动，能安全、快速地达到目标。相对于路径规划方式按指定轨迹避障，该方法提高了操作灵活性和效率。在CHAI3D仿真平台下进行多组避障实验，验证了算法的有效性。关键词：遥操作；虚拟管道；避障；力反馈中图分类号：V19文献标识码：A文章编号：1000—1328(2014)07-0834-09DOI：10．3873／i．issn．1000-1328．2014．07．013DesignandImplementationofVirtualTubeasanAidforSpaceTeleoperationTIANZ

3、hi—yu，HUANGPan．feng一，LIUZheng．xiong，(1．ResearchCenterofIntelligentRobotics，SchoolofAstronautics，NorthwesternPolyteehniealUniversity，Xi’an710072，China2．NationalKeyLaboratoryofAerospaceFlishtDynamics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：For

4、themanipulationsafetyofteleoperationincomplicatedspaceenvironments，afastgenerationalgorithmforthesmoothvirtualtubeisproposedbasedonthepathpoints．AnimprovedDepth—firstSearchalgorithmofvirtualtube’Sstatic-planningandadynamicamendmentmethodarealsopresented，thusrealiz

5、ingtube’Savoidanceofstaticanddynamicobstacles．VirtualtubeCanprovidethefeedbackofvisionandtactilityfortheoperatortoadjustitsoperation．Bymovinginsidethetube，themanipulationobjectivecanachievethegoalsafelyandswiftly．Comparedwitllthemethodsoffollowingthetrajectoryofpa

6、thplanningtoavoidobstacle，theproposedmethodimprovemanipulationflexibilityandeficiency．TheeffectivenessofthealgorithmsisdemonstratedthroughseveralobstacleavoidanceexperimentsbyusingCHAI3D．Keywords：Teleoperation；Virtualtube；Obstacleavoidance；Hapticfeedback活性。0引言操作者通

7、过交互设备向远端操作对象发出控制目前，空间有人与自主在轨服务相结合，形成完命令时，如果遥操作系统无法提供实时、全面的操作整的服务体系，是未来在轨服务技术的发展方效果反馈，就极易误导操作者的操作行为。另外，在向¨。基于地面遥操作的在轨服务避免了航天员操作者徒手操作手控器等主端设备运动时，肌肉颤舱外活动存在的生理限制和巨大风险，利用空间机抖、心理变化等因素会带来很大的不确定性，使得一器人执行操作任务，能在无人现场参与情况下实现些精细操作任务无法完成。这些都会影响在轨服务对目标航天器的在轨服务，同时能充分发挥人的灵任务的安全执行

8、。收稿日期：2013-06-05；修回日期：2013-09-04基金项目：国家自然科学基金(11272256，61005062)第7期田志宇等：辅助空间遥操作的虚拟管道设计与实现835虚拟夹具(VirtualFixture)技术的引入，能在视操作对象沿一定轨迹运动，又能通过视觉、力／触觉觉、力觉、听觉等