时延力觉临场感遥操作机器人系统预测控制研究

通讯时延是造成力觉临场感遥操作机器人系统不稳定和操作性能下降的关键因素，针对时延问题，提出了一种适用于时延力觉临场感遥操作机器人系统的广义预测控制方法，该方法通过预测控制器产成实时的预测力反馈以消除时延的影响．此外，为使该方法应用于遥操作机器人未知环境作业，本采用AUDI辨识算法对环境模型进行辨识．构造实验系统，通过实验验证了该方法的有效性．     

机器人网络遥操作仿真系统设计

建立了机器人的运动学模型，然后基于Delphi开发平台，应用OpenGL强大的图形功能，建立了主、从式机器人三维仿真模型：并在此基础上根据系统体系结构设计思想对机器人遥操作仿真系统进行设计，开发出一套基于网络的机器人遥操作仿真系统。并且对Delphi中网络控件TclientSockel和TserverSocket进行编程，实现了机器人控制命令和反馈数据在局域网上的实时双向传输，从而完成了主从式机器人的网络遥操作。仿真实验结果表明，该仿真系统是准确可行的。     

时延力觉临场感遥操作机器人系统预测控制研究

通讯时延是造成力觉临场感遥操作机器人系统不稳定和操作性能下降的关键因素 ,针对时延问题 ,提出了一种适用于时延力觉临场感遥操作机器人系统的广义预测控制方法 ,该方法通过预测控制器产成实时的预测力反馈以消除时延的影响 .此外 ,为使该方法应用于遥操作机器人未知环境作业 ,本文采用AUDI辨识算法对环境模型进行辨识 .构造实验系统 ,通过实验验证了该方法的有效性 .     

基于事件预测的遥操作机器人系统的性能分析

Internet的时变时延及数据丢包严重影响了互联网遥操作机器人系统的操作性能,甚至造成了系统不稳定.为降低时变时延对遥操作机器人系统性能的影响,文中基于具可变滑动窗口的稀疏多元线性回归算法提出了单步时延预测算法,并在此基础上设计了基于事件预测的网络遥操作机器人系统.该系统在主端加入基于时延预测的离散路径管理器,它通过求解超前的优化函数,在线产生一个合适的预测路径的事件参数,从而提高跟踪性能和环境适应能力以应付突发事件的发生.根据Lyapunov稳定性定理,文中还推导得到了该系统的稳定性条件.本地实验和跨地区的遥操作机器人实验结果表明,文中方法能有效解决时变时延以及网络数据丢包引起的稳定性问题和性能下降问题.     

3D图形预测仿真及虚拟夹具的大时延遥操作技术

以空间机器人在轨服务为背景,建立了卫星在轨自维护系统的地面遥操作平台.远端由安装在卫星本体上的一个四自由度机器人和灵巧手的臂/手系统组成,当卫星出现故障时,遥操作者通过空间鼠标和力反馈数据手套分别控制远端的臂/手系统排除卫星故障,实现卫星的自我维护.对于地面-太空之间通讯的大时延,利用3D图形预测仿真技术克服时延的影响,并采用虚拟夹具法提高遥操作系统的安全性和操作性能.在大时延及变时延(约7 s)的条件下,实现了武汉遥操作哈尔滨的自维护机器人臂/手系统,成功地完成了打开太阳能帆板的典型卫星在轨维护任务,验证了该方法的有效性,为今后实际空间机器人的地面遥操作提供了经验.     

基于混杂动态系统的机器人网络遥操作控制

机器人网络遥操作中的信息传递具有不确定时延特性，使得操作者无法及时、准确地了解现场信息，从而无法就机器人当时所处状态给予有效的控制．针对这种情况，文中从混杂动态系统的角度出发，采用监督控制方法对整个机器人网络遥操作系统进行建模和控制．通过在远端（机器人端）建立监控器来解决不确定时延所造成的问题，实验结果证明了该方法的有效性．     

基于在线重建的遥操作预测显示系统

为了提高遥操作的操作效率,采用一种基于单目视觉的预测显示方法来解决时延导致的视觉反馈滞后问题.该方法通过基于地图的相机位姿估计算法来实时跟踪机器人的状态,在线构建机器人工作环境的三维几何结构模型,并结合多纹理映射技术进行渲染,将模型重投影到预测视点下,得到逼真的预测图像.搭建了一个基于客户端-服务器端模式的系统平台,用于未知环境下的遥操作.结果表明,在总长为7.112 m的摄像机运动轨迹中,位姿跟踪的平均误差约为0.015 m.该系统不仅能提供预测图像,而且支持生成任意视点的图像,有利于操作者从各个角度观察机器人工作场景.     

计算网格在机器人三维仿真中的应用

基于计算网格技术构建了一个机器人三维图形仿真系统,并对PUMA560工业机器人进行动力学仿真．结果表明,与传统的机器人仿真技术相比,计算网格技术提高了机器人三维图形仿真系统的计算能力,有效解决了机器人三维图形仿真系统中机器人动力学、碰撞检测等实时计算占用大量计算机资源的问题,提高了机器人三维图形仿真系统的性能．     

面向对象机器人实时仿真系统的实现

针对目前机器人仿真系统中存在的若干问题,讨论了一种面向对象的、独立与特定机器人的实时仿真环境ＲｏｂＳｔｕｄｉｏ 的设计及实现．系统中,硬件平台是基于ＰＣ的多ＣＰＵ 的分级体系结构,软件系统中能完成不同处理任务的对象运行于Ｗｉｎｄｏｗ ｓ 之上．设计中所采用的面向对象方法满足了系统实现中所必须解决软件的重用性、可扩展性、可靠性以及可移植性等要求．由虚拟设备驱动程序保证的系统实时性使仿真过程能够更充分真实地描述待研究的实际系统．本系统成功地应用在对具有２４ 个自由度的仿人机器人的实时三维图形仿真中．     

遥操作机器人系统克服时延影响的关键技术

综述了遥操作机器人系统克服时延影响的关键技术及其最近的研究进展 ;指出基于虚拟现实技术的遥操作机器人系统是其今后研究和发展的主潮流 ;认为致力于设计并研究对几何建模误差和动力学建模误差均具有鲁棒性的遥操作机器人系统 ,有效地解决系统通信时延问题 ,使其系统稳定 ,并具有良好的可操作性 ,才是切实可行办法     

机器人并行实时采集系统的设计与实现

针对具有被动关节的机器人系统,采用并行处理技术,设计实现了高速实时数据采集系统,该系统可以完成机器人系统的数据采集、数据处理、数据存储、图形显示和交互式控制等功能.实验结果证明本采集系统满足了机器人实时控制的需要,有利于机器人完成高精度操作任务.     

机器人运动状态的实时漫游

在机器人化生产系统开发工具软件 (ROBVR)的主要设计目的之一 ,就是旨在开发一个面向机器人化汽车生产线的虚拟构造、布局检验和生产流程动态仿真的软件工具平台。为了在 ROBVR系统中实现在机器人各关节运动的同时做实时的漫游 ,通过一个编译连接器 ,根据事先确定的机器人任务描述文件 ,以便生成仿真时所需要的机器人各关节在每一帧中的位移量 ,从而解决了机器人各关节运动规律的离线计算问题。由于在预处理阶段就完成了大量的计算工作 ,因此利用该方法 ,可大大加快在线仿真时的速度。文中通过一个机器人系统实例的模拟 ,说明了该方法的有效性     

基于OpenGL的弧焊机器人仿真设计

通过对弧焊机器人仿真系统的设计和分析,阐述在VC++.NET开发平台上利用OpenGL技术建立三维仿真系统的理论及方法.建立了5自由度弧焊机器人的运动学模型,提供了模型正、逆运算,实现了机器人的三维实时仿真.试验结果表明,该系统操作界面友好,取得良好的仿真效果.     

在线仿真实验装置的设计与应用

基于离线仿真实验装置在模拟随机干扰、信号延迟、模型误差等方面存在不足,设计了一种在线仿真实验装置。其硬件采用工控机、研华数据采集卡、传感器等。软件以MATLAB的RTW工具箱为平台,在MATLAB自带的Real-time板卡驱动程序帮助下,使用实时内核技术来保证数据处理的实时性。该装置组合灵活、经济实用,有助于学生设计多种软控制器,大大提高了实验教学的效果,也为其他基于MATLAB的实时数据采集处理提供了一种思路。     

基于Wigner-Ville分布的移动机器人语音定位中时延估计方法

在移动机器人语音交互中,时延估计算法的精度是影响语音定位精度的关键因素。针对在强噪声情况下,基于时延估计原理进行语音定位的精度较低的问题,提出基于维格纳 威利分布(Wigner-Ville distribution, WVD)的一次与二次相关时延估计算法。在强随机噪声环境条件下,信号间的相关计算会加大侧峰的峰值,极大程度地干扰对主峰峰值的搜索,无法准确估计时延,进而影响语音定位效果。为了减小侧峰的影响,进一步对相关峰值加窗处理。但加窗虽减小了侧峰的干扰,却导致主峰宽度变大且变化趋势平坦,也会影响时延估计精度,因此,需选择希尔伯特变换对峰值锐化处理。仿真实验研究了各算法的估计情况与时延估计的均方根误差,实验结果表明,所提出算法相比其他几种算法对时延估计性能更高。此外,实际场景实验验证了该算法的抗噪声性能。     

设备故障过程的建模与仿真研究

由于设备劣化是一个随机过程,维修计划制定主要依据维修工程师的经验或厂家说明书,从而导致维修不足和维修过剩的问题。为了解决这一问题,首先应用故障记录数据和检查数据,建立了缺陷发生为泊松过程,检查完全情况下的时间延迟模型。其次建立设备故障发生过程的计算机模拟仿真系统,仿真结果证实了所建时间延迟模型的正确性。故障建模与仿真系统,不仅能直观显示设备故障过程,揭示故障机理;而且能解决故障记录缺乏下验证故障模型正确性的难题。同时,故障过程模型为维修计划制定提供了科学决策依据。