基于增強現(xiàn)實的遙操作關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、由于現(xiàn)有的人工智能的局限性，在可以預(yù)見的相當(dāng)長一段時間內(nèi)還不能滿足特定環(huán)境中的智能設(shè)備的安全有效的全自主作業(yè)，這使得智能設(shè)備的發(fā)展方向從早期的全自主方式向有人參與的方向發(fā)展，將人的智能同智能設(shè)備的自主性能有機的結(jié)合起來，形成了現(xiàn)在的遙操作系統(tǒng)。遙操作系統(tǒng)可以拓展人類的感知和操作能力，代替人類在危險、惡劣以及極限環(huán)境下的完成作業(yè)任務(wù)，因而在諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，是當(dāng)前的一個重要前沿課題和研究熱點。 增強現(xiàn)實技術(shù)是一種高級的人

2、機交互技術(shù)，具有實時注冊、虛實結(jié)合、人機交互三個特點。本文針對遙操作系統(tǒng)的通訊時延，提出將增強現(xiàn)實技術(shù)引入到遙操作系統(tǒng)中提高系統(tǒng)的可操作性和安全性。圍繞系統(tǒng)中的增強現(xiàn)實的遙操作環(huán)境的構(gòu)建問題、友好人機交互技術(shù)問題、遙操作的預(yù)測控制技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)時延等展開了研究，主要研究內(nèi)容如下： 針對遙操作中對未知遠程環(huán)境的先驗知識匱乏或非結(jié)構(gòu)化環(huán)境建模困難，提出了一種基于視覺的增強現(xiàn)實跟蹤注冊方法，構(gòu)建了增強現(xiàn)實的遙操作系統(tǒng)；對影響注冊精度的相機

3、徑向畸變進行了研究，提出了一種改進算法，提高了注冊精度。研究了基于頭盔顯示器的立體視覺顯示原理，為遙操作者提供具有臨場感的視覺反饋。 為了改善遙操作的可操作性，研究了操作者——虛擬執(zhí)行機構(gòu)的多通道人機交互技術(shù)。提出了一種基于數(shù)據(jù)手套的手勢輸入技術(shù)，設(shè)計了手勢輸入的數(shù)據(jù)手套接口組件；研究了基于位置跟蹤技術(shù)的機械臂的控制技術(shù)，實現(xiàn)了基于鳥群電磁跟蹤系統(tǒng)的虛擬執(zhí)行機構(gòu)的控制；研究了虛擬手建模和人手到虛擬手的運動映射關(guān)系，提出了一種虛擬

4、手的人機交互技術(shù)，并采用數(shù)據(jù)手套、FOB鳥群傳感器、虛擬手技術(shù)等建立了操作者－虛擬執(zhí)行機構(gòu)的多通道的人機交互，提高了系統(tǒng)的可操作性。 對典型的網(wǎng)絡(luò)遙操作系統(tǒng)的時延進行了分類，研究了各類時延產(chǎn)生的機理，建立了遙操作的網(wǎng)絡(luò)時延模型，分析了時延對遙操作的視覺、力覺反饋、操作安全性和可操作性的影響。進行了大量網(wǎng)絡(luò)時延測試實驗并在此基礎(chǔ)上對網(wǎng)絡(luò)時延模型進行了修正，為遙操作的預(yù)測控制提供參考。 遙操作中的時延問題使得操作者不能獲得實

5、時的操作反饋，操作者基于時延的反饋信息遙操作，一方面易造成操作疲勞，另一方面對系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)性差，易造成誤操作。為了提高系統(tǒng)的安全性，提出了增強現(xiàn)實環(huán)境中的遙操作預(yù)測控制技術(shù)，提出了一種多步預(yù)測控制算法，并應(yīng)用于增強環(huán)境中的虛擬執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)虛擬執(zhí)行機構(gòu)對操作指令的預(yù)測顯示和控制。研究了利用虛擬的執(zhí)行機構(gòu)預(yù)測仿真技術(shù)來輔助、引導(dǎo)操作者快速、安全地實現(xiàn)遙操作，并給出了預(yù)測控制的參考軌跡和操作優(yōu)化判據(jù)。同時，探討了增強現(xiàn)實環(huán)境中的虛擬操作訓(xùn)練