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正文摘录:

2006年第19期总第234遥操作机器人系统中虚拟环境的构建周晓晶(东南大学江苏南京210096)摘要：虚拟环境的建模是基于虚拟现实的遥操作机器人系统的关键技术。根据遥操作机器人系统中虚拟环境的组成结构，创建了虚拟机器人和弹性体作业对象的几何模型、运动模型和物理模型，推导了基于弹簧质点模型的弹性体受力和形变的基本方程，并介绍了虚拟现实系统的主要人机接口设备，最后建立了由数据手套控制的机器人抓取弹性小球的虚拟环境的模型。关键词：虚拟现实；遥操作机器人；虚拟环境；弹性体中图分类号：TP391；TP24文献标识码：B文章编号：1004—373X(2006)19—073—03ConstructionofVirtualEnvironmentinTeleroboticSystemZHOUXiaojing(SoutheastUniversity，Nanjing，210096，China)Abstract：ModelingtechnologyofvirtualenvironmentisthekeyofVR—basedtelerobotiesystem.Basedonthecomposi—tionofvirtualenvironmentinteleroboticsystem，constructsgeometricalmodels，motorialmodelsandphysicalmodelsofvirtualrobotandelasticoperatedobjects，educesequationsofforceanddeformationoftheseelasticobjectsbasedonmass—springmodelandintroducesprimaryman—machineinterfacesofvirtualreality.Thenthemodelsofvirtualenvironmentofroboticsystemcontrolledbydataglovesisdeveloped.Keywords..virtualreality；telerobotic；virtualenvironment；elasticobjectsI引言遥操作机器人系统拓展了人的感知和行为能力，可以办助人类完成一些危险、极限和人不可到达环境下的任务。但传统遥操作机器人系统一直存在着人机接口落后、槊作人员负担过重以及由时延造成的系统不稳定等问题，勾了解决这些问题，人们将20世纪末兴起的虚拟现实技忙应用到遥操作机器人系统中。首先利用计算机系统建艺一个跟真实环境接近的虚拟环境，然后通过视觉、听觉、自觉(触觉)等传感器和设备与虚拟环境进行交互，使人产E一种“身临其境”的沉浸感。利用虚拟现实技术，不仅可X为用户提供崭新和谐的人机交互界面，而且可以实现操乍任务的预先演练，成为提高遥操作效率和可靠性的有效釜径。一个完整的基于虚拟现实技术的遥操作机器人系统勺结构如图1所示。该系统主要包含近地系统和远地系{芒，他们通过一个通信接口来联系。近地系统包括操作宇、人机交互设备、虚拟环境以及机器人监控和控制单元。i地系统主要是遥操作机器人和作业对象。遥操作机器＼身上装配有摄像机、位置和姿态传感器以及控制机器人n作的控制器。操作者可以利用人机交互设备和虚拟环笔中的虚拟机器人交互，实现预定动作的演练，也可以通收稿日期：2006—04—13过机器人监控和控制单元命令远端的机器人进行同样的操作。遥操作机器人是否能够按照在虚拟环境中预演的那样完成规定动作的关键是虚拟环境和真实环境的接近程度，也就是我们对虚拟环境所建立的模型是否能反应真实环境的特性，所以虚拟环境的准确构建对遥操作业的成功完成至关重要。图1基于虚拟现实技术的遥操作机器人系统结构遥操作机器人系统中虚拟环境的构成如图2所示。虚拟环境的生成包括对虚拟机器人和作业对象的建模以及人机接口的选择。遥操作机器人的作业对象主要分为刚体、弹性体和离散物体3类。早期的远程机器人如水下机器人、焊接机器人等的作业对象主要是刚体，如零件和岩石等，而随着近几年远程手术和救护机器人的研制，类似于人体这样的弹性体作业对象越来越多，对他们的建模正逐渐成为人们关注的焦点。73盛