Earthshaker: A mobile rescue robot for emergencies and disasters through teleoperation and autonomous navigation

To deal with emergencies and disasters without rescue workers being exposed to dangerous environments, this paper presents a mobile rescue robot, Earthshaker. As a combination of a tracked chassis and a six-degree-of-freedom robotic arm, as well as miscellaneous sensors and controllers, Earthshaker is capable of traversing diverse terrains and fulfilling dexterous manipulation. Specifically, Earthshaker has a unique swing arm—dozer blade structure that can help clear up cumbersome obstacles and stabilize the robot on stairs, a multimodal teleoperation system that can adapt to different transmission conditions, a depth camera-aided robotic arm and gripper that can realize semiautonomous manipulation and a LiDAR aided base that can achieve autonomous navigation in unknown areas. It was these special systems that supported Earthshaker to win the first Advanced Technology & Engineering Challenge (A-TEC) championships, standing out of 40 robots from the world and showing the efficacy of system integration and the advanced control philosophy behind it.     

月面巡视器遥操作中的任务规划技术研究

任务规划技术是嫦娥三号任务中月面巡视器遥操作中的一项关键技术.本文首先分析了各种月面环境因素对巡视器月面工作过程的影响机制,综合考虑月面地形因素、太阳能量、光照阴影以及对地通信条件等,建立了面向任务规划的综合月面环境.在该环境模型基础上,提出了一种月面巡视器遥操作中的任务规划方法.通过定期更新环境模型,将动态环境模型下的路径规划问题转换为一系列静态环境模型下的路径规划问题,实现任务层的动态路径规划;在路径规划过程中进行实时约束检查,实现行为规划并将其影响效果迭代入动态路径规划过程中,最终实现巡视器任务规划.针对不确定性,本文引入弹性计划提高任务规划输出结果在实际工程中的可行性.仿真实验结果表明:月面综合环境模型全面描述了影响巡视器任务规划的各种环境因素及其影响;任务规划方法可生成全局最优路径,以及沿路径安排的满足约束条件的巡视器行为序列,最终生成巡视器的月面工作序列,作为地面遥操作实施的依据.     

嫦娥三号“玉兔号”巡视器遥操作中的关键技术

2013年12月14日,"嫦娥三号"成功地将月面着陆器和"玉兔号"巡视器送抵月球,这标志着我国已完成了探月工程中"落"月的重要阶段.嫦娥三号任务的一个关键组成部分是由地面遥操作中心控制"玉兔号"巡视器在月面非结构化环境中进行巡视和科学探测,而遥操作技术正是该组成部分成功实施的关键."玉兔号"巡视器遥操作技术主要包括巡视器的导航定位、月面地形重构、行驶路径规划和机械臂探测等关键步骤,这些步骤相互支撑与融合,保证了嫦娥三号任务的顺利实施.本文在对上述4个方面关键技术的发展和应用现状进行总结的基础上,阐述了相关的主要技术途径及其应用特点,分析了各种技术在"玉兔号"月面巡视与科学探测任务实施中的发挥的重要作用,并评述了它们的发展潜力和应用前景,对中国探月工程以及后续火星探测工程中的遥操作具有一定的指导意义.     

融合视觉的柔性虚拟夹具辅助遥操作研究

提出了一种融合视觉的柔性虚拟夹具方法,用于辅助未知环境中的机器人遥操作.通过引入柔性系数实现机器人倾向于理想运动方向程度的调节,保证已知环境中遥操作的安全性和操作性能.利用基于颜色识别的视觉方法对环境中的障碍物大小和位置进行识别,从而实现对柔性虚拟夹具的柔性系数自动选择,扩展该方法应用于未知环境中的遥操作,保证未知环境遥操作的安全性和操作性能.在未知环境中进行了曲线跟踪避障实验,验证了该方法的有效性.     

基于Web的移动机器人控制系统研究及Java实现

以WMR－1型移动机器人为实验对象，应用Java技术，构建了包括HTTP服务器、图像服务器、机器人服务器和数据服务器的自主移动机器人远程控制系统，可以为Internet上的远程访问及操作提供服务。     

不确定大时延下遥操作对象模型的在线修正方法

基于预测模型的遥操作是消减通信大时延的有效方法,预测精度直接影响操作品质。分析了遥操作中的不确定大时延及有限带宽对模型修正的影响,针对模型参数的不确定性,提出了一种新的模型在线修正方法。该方法采用时标标识、同态模型、数据平滑等策略,有效克服了实测信息错配、反馈修正与实时预测过程异步以及变采样步长问题,实现了模型的精确在线修正,提高了预测精度和系统的鲁棒性。通过仿真实验验证了该方法的有效性。     

Exoskeleton arm with force feedback for robot bilateral teleoperation

A novel 6 degrees of freedom (DOFs) wearable exoskeleton arm,ZJUESA,based on man-machine system is present- ed.It can be used in robot bilateral teleoperation as master arm with force-feedback.With introducing the revolute-prismatic-spherical (RPS) parallel mechanism and planetary gear mechanism,it is designed based on the anatomy of human upper-limb.With the sensors on this external mechanical structure,the human operator motion is detected and converted to the slave robot control command.Additionally the pneumatic system on it generates a force feedback by using hybrid fuzzy control.As a result,the human operator may have a feeling of doing the work directly.     

基于增强现实的机器人遥操作系统研究

在遥操作系统中,预测仿真中存在的建模误差和运动累计误差严重影响遥操作的安全性、精度和效率。采用增强现实技术可以有效地解决该问题。采用视频融合和物体定位技术,操作者可以方便地对比仿真规划结果和实际机器人执行结果之间的差异,并可以通过修正和更新仿真模型来补偿建模误差和运动累积误差。实验结果表明该系统不但可以有效地消除通讯时延的影响,还可以提高遥操作的精度和效率。     

一种6DOF并联机器人的远程控制仿真

提出一种基于Internet的六自由度并联平台的实时远程控制框架。该框架结构主要包括控制台和远程操作器，以及控制流、指令的传送机制和相应的控制流管理器。针对Internet上数据传输时间延迟的不确定性等难题，引入控制流管理器以提高系统实时能力并减小延迟抖动。系统仿真结果显示，提出的控制框架能够有效提高远程操作的实时能力。     

DOS攻击下不确定双边遥操作系统的控制

研究了存在定常时延和模型参数不确定的双边遥操作系统在受到拒绝服务攻击（denial of service,DOS）时的稳定性问题。利用位置误差结构,设计了基于事件触发的控制器,并利用自适应律估计机械臂模型中的未知参数。通过Lyapunov函数理论证明了双边遥操作系统的稳定性,并证明了基于事件触发的控制器不存在Zeno行为。通过数值仿真验证了基于事件触发的自适应控制器能够使遥操作系统在DOS攻击下保持稳定。