论文部分内容阅读
20世纪以来,机器人产业的高速发展让机器人与人类操作员的交互程度不断的深化,人机交互正在从传统的服务型机器人的单纯信息传递,向着更加深层次的认知型、互感型方向扩展和过度。为了解决机器人智能化程度不够以及其所面临的决策为题,主从遥操作机器人应运而生:让人类的智慧与机器人身躯相结合,以一种半自主的形式,完成有害环境下或者远距离的工作和任务。本文分析和研究国内外Telexistence架构的主从机器人的研究现状和趋势,指出了当前国内对于该领域研究的不足之处,并借助移动式VR头盔,设计和研制出一款便携式、轻量型的混合现实替身机器人,可以随时随地地对机器人进行远程立体沉浸式操控。替身机器人的从端主要由全向移动小车、机械臂、双目摄像头等部件构成。本文设计的全向移动小车采用一种单个电机通过连杆传动系统控制4个轮子同步转向的结构形式,解决了传统全向移动机器人的控制难度大、电机数目多、动作协调性差的问题。采用了一种S曲线刹车的算法,并基于STM32实现,提高了小车的控制性能。主端控制采用Telexistence的核心,借助第一人称视角的沉浸式视频和体感控制,让操纵员可以通过肢体动作与机器人进行交互,操纵者通过穿戴设备直接控制替身机器人的机械臂和摄像头云台,实现人机融合。本系统使用了基于智能手机的VR头盔和四元数姿态解算与转换,配合主从操作系统的B/S架构建立通讯,保证实时性与同步性。使用了HTTP协议和WebSocket协议控制机器人和实现机器人实时路径记录追踪功能。最后本文设计了样机并对其运动能力、沉浸式操控体验和实时路径追踪记录功能进行测试。实验表明系统各功能均满足设计要求,操作员可以轻松的完成抓取、放置实验,为本文所述理论提供了可行性依据。本文结合了传统Telexistence机器人的特点和优势,设计了混合现实替身机器人,具有便携性好、易于控制、多平台兼容的特点,在服务、救援、军事等多个领域具有应用价值。