为了提高主从异构型遥操作系统的安全性,提出了一种混合控制方法。首先,对机器人与力反馈设备间的运动学映射方法进行研究以实现主从异构型机器人的运动控制。其次,为了提高机器人与环境交互的安全性和稳定性,采用导纳控制实现对机器人末端接触力的控制。同时,采用角色分配的方法在线调整运动映射和导纳控制的角色因子,实现两种控制方式的融合。实验结果表明,与采用力反馈的位置控制相比,该方法在操作效率和安全性上具有更高的性能。

提出一种利用全身传感装置进行地图定位和校正的遥操作机器人。首先,针对遥操作控制系统进行了深入的研究,包括遥操作要素和技术要点等。其次,根据周围环境地图特征进行了地图建立和定位,提出了一种神经网络的方法进行地图校正。该方法可以学习来自信息捕捉装置的传感器数据信息,分配给每个神经网络的机器人执行器的位置之间的映射。最后,为了在学习过程中收集数据,机器人通过一系列成对的同步动作来校正地图。该方法可以应用于任何环境下机器人地图定位和校准,而不考虑环境物理中呈现出的差异。实验结果表明,该方法为实现机器人的遥操作提供了一种快速、有效、灵活的方法。

为应对配网狭窄作业空间内视场遮挡对作业机器人环境感知和定位功能的影响,这里研究了基于遥操作和虚拟/增强现实(VR/AR)技术的高临场感动态视觉感知与定位系统。受人体仅通过弯曲身体就可对物体多角度观测的启发,设计搭建了包含VR头戴设备、六自由度机器人和双目相机的动态视觉感知系统,提出了针对该系统的异构型主从遥操作逆运动学模型,并建立了观测目标绝对位置粗定位模型。试验表明,这里建立的动态视觉系统具有较高临场感,双目相机对VR设备的位置跟踪平均误差≤1.7mm,姿态跟踪平均误差<2.36°;另一方面,系统在5个不同角度下对一个距离1.1米的红色固定小球球心的空间定位偏差≤1%,能为操控人员提供较精确较高的目标粗定位信息。

在核电站等具有强核辐射的高危环境中,遥控机器人拆除核退役设施具有非常重要的意义。在自行研制的核退役设施拆除机器人基础上,文中设计并实现了遥操作主端,为操作者提供手柄控制、编程控制和示教控制等多种控制方式。由于操作者与机器人在空间上是隔绝的,操作者无法实时观察机器人空间构型。为了避免机器人遥操作过程中的自碰撞问题,设计了机器人虚拟仿真软件。通过导入机器人几何模型,增加碰撞检测功能,为操作者实时反馈现场机器人作业时的构型,提升机器人作业操作的安全性。

遥操作的工作性能很大程度上取决于操作者的操作技巧、操作状态等因素。为抑制由操作者误操作、生理震颤等非均匀牵引运动导致的从手端抖动、主从轨迹跟踪误差变大,提出一种支持低通滤波及人工神经网络的遥操作控制策略。根据人体抖动信号的频段分布,采用低通滤波器将操作者生理震颤产生的抖动信号滤除;根据非均匀运动时操作信号的变化特征与主从运动增益比例的映射关系,采用人工神经网络实现变增益控制以降低主从轨迹跟踪误差。最后,通过实验验证支持低通滤波及人工神经网络的遥操作方案在总体上提高了遥操作机器人的工作质量。

设计一种基于TCP协议,可以实现远程客户机与本地服务器相互收发信息的网络通信平台,该平台可以解决机器人遥操作过程中的通信问题.相比于以往网络通信的命令行输出,实现了界面输出,更易于操作.实验结果表明,该网络通信平台能够准确方便地实现服务器和客户端之间实时收发文件和互相通信.

设计了一种针对核环境场合的多功能巡检救援机器人系统,可多通道远程遥操作执行巡检救援任务。结合机器人功能特性及作业要求,提出了一种适用于狭小多障碍环境下的不变姿态直角转弯电磁导航方法。通过EKF方法融合里程计和惯性测量单元,并以激光雷达数据为观测量,在ROS上采用FastSLAM方法实现了机器人基于多传感器的建图和定位。介绍了机器人的系统设计及其电磁导航、建图定位实现方法,并进行电磁导航巡线实验和同时定位,实验结果证明了导航算法和定位方法的可行性和正确性。

为了提高救援效率,降低救援人员的风险,对一款全地形车进行改装,设计并实现了一种无人救援机器人。针对车体前端空间狭小,刹车、油门、换挡、转向相距较远,设计一套运动控制结构,将各部分结构集于一体。设计一种救援转移平台,通过遥控操作将伤病员转移出危险区域。在机械结构的基础上设计机器人控制系统并设计搭建远程遥控操作平台。为便于后续自主导航的研究,机器人搭载北斗、激光雷达以及视觉传感器。最后通过远程操作平台控制机器人运动,实验表明救援机器人具有稳定的运动控制能力和良好的救援转移能力。

为了解决在浑浊的水下作业环境无法获取清晰的视频图像等问题,设计一种遥操作水下工程机器人的触觉可视化系统。采用SolidWorks建模与Opengl函数建模的混合建模方法及Denavit-Hartenberg(D-H)描述方法构建虚拟工程机器人,利用工程机器人末端的力传感器信号将手爪与目标物体的触觉信息显示在虚拟现实操作环境中。实验表明该系统可实时显示机器人的位姿、目标物体物理特性及其与手爪之间的位置和作用关系。研究结果可为在水下恶劣环境下作业的遥操作工程机器人的虚拟现实系统设计提供指导。

开发了一种用于遥操作双向伺服系统力反馈工作的液压二自由度力反馈操纵杆．该操纵杆采用PID控制器控制的电液伺服系统进行驱动，可以有效地解决一般电机型力反馈操纵杆在刚度和响应速度方面不足的问题．介绍了系统的软硬件构成，并通过对系统运动性能的分析，设计了用于该系统的力反射型力反馈算法，最后通过实验验证了该算法的有效性．实验证明，该操纵杆具有较好的力反馈操作特性，能够满足遥操作系统力反馈工作的需要．