基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的遙操作關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、由于現(xiàn)有的人工智能的局限性，在可以預(yù)見的相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)還不能滿足特定環(huán)境中的智能設(shè)備的安全有效的全自主作業(yè)，這使得智能設(shè)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(shè)備的自主性能有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，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(xiǎn)、惡劣以及極限環(huán)境下的完成作業(yè)任務(wù)，因而在諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，是當(dāng)前的一個(gè)重要前沿課題和研究熱點(diǎn)。 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種高級(jí)的人

2、機(jī)交互技術(shù)，具有實(shí)時(shí)注冊(cè)、虛實(shí)結(jié)合、人機(jī)交互三個(gè)特點(diǎn)。本文針對(duì)遙操作系統(tǒng)的通訊時(shí)延，提出將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)的遙操作環(huán)境的構(gòu)建問題、友好人機(jī)交互技術(shù)問題、遙操作的預(yù)測(cè)控制技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)時(shí)延等展開了研究，主要研究?jī)?nèi)容如下： 針對(duì)遙操作中對(duì)未知遠(yuǎn)程環(huán)境的先驗(yàn)知識(shí)匱乏或非結(jié)構(gòu)化環(huán)境建模困難，提出了一種基于視覺的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)跟蹤注冊(cè)方法，構(gòu)建了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的遙操作系統(tǒng)；對(duì)影響注冊(cè)精度的相機(jī)

3、徑向畸變進(jìn)行了研究，提出了一種改進(jìn)算法，提高了注冊(cè)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(chǎng)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(jī)構(gòu)的多通道人機(jī)交互技術(shù)。提出了一種基于數(shù)據(jù)手套的手勢(shì)輸入技術(shù)，設(shè)計(jì)了手勢(shì)輸入的數(shù)據(jù)手套接口組件；研究了基于位置跟蹤技術(shù)的機(jī)械臂的控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于鳥群電磁跟蹤系統(tǒng)的虛擬執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制；研究了虛擬手建模和人手到虛擬手的運(yùn)動(dòng)映射關(guān)系，提出了一種虛擬

4、手的人機(jī)交互技術(shù)，并采用數(shù)據(jù)手套、FOB鳥群傳感器、虛擬手技術(shù)等建立了操作者－虛擬執(zhí)行機(jī)構(gòu)的多通道的人機(jī)交互，提高了系統(tǒng)的可操作性。 對(duì)典型的網(wǎng)絡(luò)遙操作系統(tǒng)的時(shí)延進(jìn)行了分類，研究了各類時(shí)延產(chǎn)生的機(jī)理，建立了遙操作的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延模型，分析了時(shí)延對(duì)遙操作的視覺、力覺反饋、操作安全性和可操作性的影響。進(jìn)行了大量網(wǎng)絡(luò)時(shí)延測(cè)試實(shí)驗(yàn)并在此基礎(chǔ)上對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延模型進(jìn)行了修正，為遙操作的預(yù)測(cè)控制提供參考。 遙操作中的時(shí)延問題使得操作者不能獲得實(shí)

5、時(shí)的操作反饋，操作者基于時(shí)延的反饋信息遙操作，一方面易造成操作疲勞，另一方面對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性差，易造成誤操作。為了提高系統(tǒng)的安全性，提出了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的遙操作預(yù)測(cè)控制技術(shù)，提出了一種多步預(yù)測(cè)控制算法，并應(yīng)用于增強(qiáng)環(huán)境中的虛擬執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)虛擬執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)操作指令的預(yù)測(cè)顯示和控制。研究了利用虛擬的執(zhí)行機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)仿真技術(shù)來(lái)輔助、引導(dǎo)操作者快速、安全地實(shí)現(xiàn)遙操作，并給出了預(yù)測(cè)控制的參考軌跡和操作優(yōu)化判據(jù)。同時(shí)，探討了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的虛擬操作訓(xùn)練