基于增強現(xiàn)實的遙操作關鍵技術研究.pdf

1、由于現(xiàn)有的人工智能的局限性，在可以預見的相當長一段時間內(nèi)還不能滿足特定環(huán)境中的智能設備的安全有效的全自主作業(yè)，這使得智能設備的發(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備的自主性能有機的結合起來，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，因而在諸多領域具有廣闊的應用前景，是當前的一個重要前沿課題和研究熱點。 增強現(xiàn)實技術是一種高級的人

2、機交互技術，具有實時注冊、虛實結合、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)境的構建問題、友好人機交互技術問題、遙操作的預測控制技術及網(wǎng)絡時延等展開了研究，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構化環(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)行機構的多通道人機交互技術。提出了一種基于數(shù)據(jù)手套的手勢輸入技術，設計了手勢輸入的數(shù)據(jù)手套接口組件；研究了基于位置跟蹤技術的機械臂的控制技術，實現(xiàn)了基于鳥群電磁跟蹤系統(tǒng)的虛擬執(zhí)行機構的控制；研究了虛擬手建模和人手到虛擬手的運動映射關系，提出了一種虛擬

4、手的人機交互技術，并采用數(shù)據(jù)手套、FOB鳥群傳感器、虛擬手技術等建立了操作者－虛擬執(zhí)行機構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)絡時延測試實驗并在此基礎上對網(wǎng)絡時延模型進行了修正，為遙操作的預測控制提供參考。 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)境中的遙操作預測控制技術，提出了一種多步預測控制算法，并應用于增強環(huán)境中的虛擬執(zhí)行機構，實現(xiàn)虛擬執(zhí)行機構對操作指令的預測顯示和控制。研究了利用虛擬的執(zhí)行機構預測仿真技術來輔助、引導操作者快速、安全地實現(xiàn)遙操作，并給出了預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)境中的虛擬操作訓練