虚拟现实技术在移动机器人遥操作系统中的应用研究

【摘要】：网络技术为传统技术搭建了广阔的平台,机器人遥操作系统就是机器人技术应用于网络环境的新方向。在作者撰写论文的过程中,全世界都正在关注美国的两个火星探测车“机遇”号和“勇气”号登陆火星进行科学实验,并成功地回传了图像和实验数据,获得了巨大的成功,各国纷纷表示出探索外层空间的兴趣,可见遥操作机器人是当今高科技和高技术人才汇集、各国竞相抢占的技术制高点。接下来的问题是如何准确、快捷、方便、稳定地控制移动机器人,已经成为摆在各国科技工作者面前的突出问题。 本论文结合天津市自然科学基金资助项目“基于Web的远程控制代理服务系统”(023615011),利用虚拟现实技术,在详细分析和设计TUT-1移动机器人(Automatic Guided Vehicle-AGV)基础上,构建了基于Internet的移动机器人遥操作系统,研究了AGV精确定位的理论和具体实现方案;对虚拟AGV进行动力学/运动学建模仿真,通过在线修改AGV物理参数以快速选择AGV的控制策略和最优配置,降低修改真实样机的时间和成本,并提供了连接真实移动机器人的仿真平台,使对移动机器人的遥操作方便、快捷;基于Petri网理论和投射式虚拟现实原理建立了移动机器人任务演绎逻辑的三层系统结构,经过实验运行检验,达到了减小基于网络的移动机器人遥操作时延的影响,对系统的控制稳定、准确;在仔细分析运动物体三维位置坐标测量原理的基础上,建立了确定移动机器人位置坐标的方法,根据超生传感器和坐标变换原理构建了虚拟跟踪器,实现了小车位置坐标到小车相对坐标的转换,驱动反映小车实际位姿下虚拟场景的实时更新,达到了准确标定移动机器人运行环境真实场景的目的,辅助操作者借助模拟场景反馈信息克服网络时延影响,对稳定系统控制起到了辅助作用。 最后通过虚拟AGV模型仿真运行,取得了AGV优化配置和控制参数;通过将虚拟AGV绑定真实移动机器人在结构化环境下的进行遥操作实验,证明了TUT-1遥操作系统达到了减小网络时延影响和对系统的遥操作方便、稳定的目的。 总之,本论文对基于Internet的移动机器人遥操作系统在线仿真以方便、快捷控制移动机器人和减小网络时延影响达到对系统稳定及准确控制等核心问题进行了深入的研究,取得了一些关键性的研究成果,实验结果证明为基于网络的移动机器人遥操作奠定了一定的理论基础并积累了成熟的实践经验。