基于虚拟现实的预测仿真遥操作系统

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1、万方数据基于虚拟现实的预测仿真遥操作系统李明富，赵迪，李世其，朱文革(华中科技大学机械科学与工程学院，武汉430074)摘要：为了补偿遥操作过程中的大时延同时为操作者提供友好的操作界面。该文提出了一种基于预测仿真的遥操作系统。首先介绍了这个系统的基本框架和功能结构，然后详细介绍了操作界面和图形仿真系统，提出了针对基于位置控制的预测仿真算法。探讨相应预测仿真的框架流程。最后，作为一个地面模拟试验将这个系统应用于卫星故障维修中。在人为的6s双向时延的情况下成功地完成了诸如推太阳能帆板和拉卫星天线等任务。关键词：遥操作；预测仿真；虚拟

2、现实中图分类号：TP391．9文献标志码：APredictiveSimulationTeleoperationSystemBasedonVirtualRealityLIMing-fu，ZHAODi，LIShi-qi，ZHUWen-ge(SchoolofMechanicalScienceandEngineering，HuszhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，China)Abstract：Tdeoperationsystembasedonpredictivesimula

3、tionisplⅫ侧forthesakeofeompem咖thelargetimedelayintheprocessofteleopemtioninadegreeandprovidingfriendlyoperatinginterface．Theframeworkandfunctionstructureofthesystemisdiscussedfwsfly．Andthen，operatorinterfaceandgraphicssimulationsystemisdescribedindetail．Furthermore，pr

4、edictive蛔tllmaimingatpositioncontrolbasedonteleoperationisstudied，andrelativeframeworkofpredictivesimulationisdiscussed．Finally，thesystemisappliedtosatellitebreakdownmainte-llanc吧．Taskssuchassolarpaneldeployingandantennahaulingwerecompletedsuccessfullyundertheconditi

5、onofman-made6secondssingleroundtimedelay．Keywords：teleopemtion；predictivesimulation；virtualreality遥操作系统是指在人的控制和参与下在远离操作者的环境中控制远程设备完成较复杂操作的系统【1．21。使人类能在远离危险现场指挥作业并安全完成任务。当前人类的太空探索、海底资源开发、核工业作业甚至战争等危险环境中的智能设备广泛采用遥操作进行控制嗍。从而提高操作者的安全性。节约成本，更合理地利用人力资源，实现多方协调作业等昀。遥操作应用中一个非

6、常重要的问题就是数据传输、数据处理及计算的时延给系统带来的影响网。文献f81指出在人一机交互中的时延会降低操纵、控制效率。时延还将降低遥机器人的操纵性能和安全性能。为了尽量减少时延给遥操作系统带来的影响．本文提出基于虚拟现实的预测仿真遥操作系统。用来提供一种友好的人机交互界面和同时对大时延进收稿日期：2008-01—25；修订日期：2008-05-23基金项目：国家民用航天科研专项计划基金项目(科工技[200411530)作者简介：李明富(1979一)，男，博士生，研究领域为机器人视觉、机器人遥操作、智能控制；李世其(1965一

7、)，男，博导，教授。研究领域为机器人遥操作、虚拟现实、力学仿真；赵迪(1979一)，男，博士生。主要研究方向为机器人遥操作等。万方数据行补偿．其中预测的模型不仅以图形的形式显示出来，同时还力aA--维碰撞检测功能，可增强操作者对真实环境的实时感知。1系统框架为提供友好的操作界面。通过数据手套和“鸟群”位置跟踪器与3D虚拟环境进行交互提供友好的操作界面，如图l所示。头盔显示器为操作者提供在3D环境中的沉浸感。同时又可切换到立体真实场景视频(两路视频)中。本地界面通过一个视频反馈显示器来监控远端机器人的操作．并通过位置跟踪器和数据手

8、套操作远端机器人。远端通过视觉传感器和机器人的位置传感器将执行的情况通过网络传送到本地操作端。本地预测仿真模块根据远端传感器传送过来的信息对机器人下步的运动进行预测并通过虚拟模型生成引擎进行实时渲染。系统主要由操作界面、基于虚拟现实的本地图形仿真环境、预测仿真、