新型遥操作远端机器人控制平台及方法

摘要

新型遥操作远端机器人控制平台及方法。传统的主从式人及交互控制系统通常被认为是一种有效的遥操作方法，操作质量由操作人员决定，不仅要花费长时间训练操作人员，而且操作员工作时劳动强度大，易疲劳，难以完成高精度操作。本发明，其组成包括：客户机端(1)和服务器(2)，客户机端通过网络数据传输(3)到服务器，客户机端包括人机交互设备(4)，人机交互设备同时连接视频显示(5)、数据比较(6)和叠加(13)在一起的虚拟操作模型(7)和虚拟反馈模型(8)；服务器包括远端机器人控制单元(9)，远端机器人控制单元连接远端机器人(10)，远端机器人连接数据采集单元(11)和视频监视设备(12)。本发明用于遥控操作机器人。

权利要求

1.一种遥操作远端机器人控制平台的操作方法，其特征是：所述的操作流程：

（1）开启系统伺服电源，规划远端机器人作业轨迹，客户机端控制虚拟操作模型，运动观察其运行轨迹是否符合作业要求，包括躲避障碍物是否平滑、最终位姿定位是否准确，若要详细观查虚拟操作模型的运动状况，选择绘制轨迹进行详细的轨迹绘制，在显示窗口可得到清晰的虚拟操作模型的轨迹，（2）若虚拟操作模型满足相应的作业要求，客户机端发送运行指令给远端真实远端机器人，真实远端机器人运动同时实时发回数据到虚拟反馈模型，保证虚拟反馈模型与真实远端机器人的同步；若虚拟操作模型的运动不满足作业要求，可手动调整虚拟操作模型的关节角度或在笛卡尔空间坐标系位移，使运动轨迹合理化，（3）选择绘制轨迹，可精确绘制出虚拟反馈模型的运动轨迹，其轨迹同时也为真实远端机器人运动轨迹，

（4）与操作显示窗口并行工作的，还有视频监测窗口，可依作业要求打开视频监测设备，应用视频融合技术对作业空间实时监测，防止意外发生，保证作业安全，（5）按作业需要，调整观测角度滑块、局部放大滑块，从不同角度、远近对两虚拟模型进行仔细观察，（6）完成作业后，选择工作原点，虚拟操作模型与虚拟反馈模型先后回到作业原点，并精确重合；

所述的新型遥操作远端机器人控制平台，其组成包括：客户机端和服务器，所述的客户机端通过网络数据传输到服务器，所述的客户机端包括人机交互设备，所述的人机交互设备同时连接视频显示、数据比较和叠加在一起的双虚拟模型叠加显示技术的虚拟操作模型和虚拟反馈模型；所述的服务器包括远端机器人控制单元,所述的远端机器人控制单元连接远端机器人，所述的远端机器人连接数据采集单元和视频监视设备；所述的虚拟操作模型和虚拟反馈模型连接视频显示，所述的虚拟反馈模型连接数据比较，所述的虚拟反馈模型更容易体现出多种现实信息，通过颜色变化直观反映执行短的受力情况。

说明书

新型遥操作远端机器人控制平台及方法

技术领域：

[0001] 本发明属于远端机器人控制技术领域，具体涉及一种新型遥操作远端机器人控制台。背景技术：

[0002] 目前，人机交互技术仍然是遥远端机器人控制系统的研究热点之一。传统的主从式人及交互控制系统通常被认为是一种有效的遥操作方法，实际上是人、机协作系统，借助人的智能及经验完成复杂环境下的作业，其操作质量由操作人员决定，不仅要花费长时间训练操作人员，而且操作员工作时劳动强度大，易疲劳，难以完成高精度操作。

[0003] 虚拟现实系统的发展推升出了AR技术，其通过计算机生成虚拟的环境，借助虚拟现实外设操作者可以与环境进行很好的交互，是操作者有一种身临其境的感觉。国内外很多学者将虚拟现实技术用于遥操作，使得传统的遥操作控制更加高效。AR技术将计算机生成的虚拟信息融合到现实世界中，实现对现实世界的补充，使得虚拟信息从感官上成为周围真实世界的组成部分，但是AR技术只是实现对现实世界的补充而不是完全替代现实环境，还是有一定的局限性。

[0004] 视频融合技术的应用对遥远端机器人控制系统的发展起到了一定的推动作用，它将执行端反馈回的视频信息和虚拟操作模型图形在同一显示窗口中进行融合，使操作者更容易更直接的进行观测，它改善了建模误差和运动累加误差和运动累加误差，在一定程度上提高了系统的安全性、精度性，减少了作业时间。但其仍然存在一定的不足：1)视频融合技术是依赖虚拟模型和视频的融合显示进行控制，视频信息的传输存在信息量大和传输时延大、不易进行时延补偿；2)由于视频融合后摄像头的坐标不易改变，因此从某一角的观察的误差情况并不一定能反映真实的误差情况，若只采用视频融合技术不能很好的完成作业。发明内容：

[0005] 本发明的目的是提供一种具有集视频融合技术、虚拟模型显示技术、远程控制Internet为一体的对Motoman工业机器手臂进行控制，提出双虚拟模型叠加显示的新型遥操作远端机器人控制平台。

[0006] 上述发明的目的通过以下的技术方案实现：

[0007] 新型遥操作远端机器人控制平台，其组成包括：客户机端和服务器，所述的客户机端通过网络数据传输到服务器，所述的客户机端包括人机交互设备，所述的人机交互设备同时连接视频显示、数据比较和叠加在一起的虚拟操作模型和虚拟反馈模型；所述的服务器包括远端机器人控制单元，所述的远端机器人控制单元连接远端机器人，所述的远端机器人连接数据采集单元和视频监视设备。

[0008] 所述的新型遥操作远端机器人控制平台，所述的虚拟操作模型和虚拟反馈模型连接视频显示，所述的虚拟反馈模型连接数据比较。

[0009] 所述的新型遥操作远端机器人控制平台的操作方法，在同一显示窗口叠加显示两个虚拟模型——虚拟操作模型和虚拟虚拟反馈模型；

[0010] 所述的虚拟虚拟反馈模型与真实远端机器人的运动是同步的，操作者通过虚拟操作模型模拟远端机器人的运动，并将运动信息发送给远端远端机器人，而虚拟虚拟反馈模型的运动是由远端远端机器人的运动反馈信息进行控制；

[0011] 所述的反馈信息为实时的关节运动传感器信息，数据小，时延小，并且可以通过模型角度补偿弥补时延造成的运动累加误差，使得虚拟虚拟反馈模型的运动与真实远端机器人的运动状况保持一致；

[0012] 所述的双虚拟模型显示与远端视频反馈信息的融合，可以通过视频监视窗口实时监视真实远端机器人的作业状况，进行更加容易与直观的控制检测；

[0013] 所述的虚拟操作模型和虚拟虚拟反馈模型之间的最终位置重合是控制系统通过数据来判定的，重合判定是精确的，如果运动完成未重合，系统则根据数据加入运动补偿；

[0014] 所述的控制程序可按作业所需，实时绘制两虚拟模型末端执行器的轨迹，根据所绘制的显示窗口轨迹，能判断真实远端机器人运动的有效性；

[0015] 所述的虚拟虚拟反馈模型能更容易体现出多种现实信息，通过颜色变化直观反映执行短的受力情况；

[0016] 所述的两个虚拟模型能任意角度旋转调整和局部放大，能从不同角度的各个距离去观测两个模型之间的位置关系。

[0017] 所述的新型遥操作机器人控制方法，双虚拟模型叠加显示控制；控制虚拟操作模型在已知作业空间运动，通过模型显示窗口观察其运行状况；若满足作业要求，发送指令到远端的遥机器人，使其按照虚拟操作模型的运动轨迹进行实际运动；虚拟反馈模型在显示窗口上实时显示真实机器人的运动状况；可以通过视频监视窗口监视真实机器人的作业情况。操作者可以遥控远端机器人完成高精度和相对复杂的作业，从而实现人类在危险有害及动态环境下的安全可靠作业。

[0018] 这个技术方案有以下有益效果：

[0019] 1.本发明的具有反馈传输时延小、能加入反馈时延补偿、能从任意角度反映远端机器人的运动状况、能显示更多运动信息、与视频融合技术的巧妙结合、同时还能直观的观测出虚拟和现实远端机器人的运动状况的特点，与传统的遥操作系统相比，作业等待时间大大缩短，提高了遥操作的精确度和安全性，使作业效率大幅度提高。

[0020] 2.本发明通过双虚拟模型叠加显示技术，操作者可以遥控远端远端机器人完成高精度和相对复杂的作业，从而实现人类在危险有害及动态环境下的安全可靠作业。附图说明：

[0021] 图1是本发明的新型遥操作远端机器人控制平台框架框图。

[0022] 图2是本发明的控制程序操作流程图。

[0023] 本发明的具体实施方式：

[0024] 实施例1：

[0025] 新型遥操作远端机器人控制平台，其组成包括：客户机端1和服务器2，所述的客户机端1通过网络数据传输3到服务器2，所述的客户机端1包括人机交互设备4，所述的人机交互设备4同时连接视频显示5、数据比较6和叠加13在一起的虚拟操作模型7和虚拟反馈模型8；所述的服务器2包括远端机器人控制单元9，所述的远端机器人控制单元9连接远端机器人10，所述的远端机器人10连接数据采集单元11和视频监视设备12。

[0026] 所述的新型遥操作远端机器人控制平台，所述的虚拟操作模型和虚拟反馈模型连接视频显示，所述的虚拟反馈模型连接数据比较。

[0027] 实施例2：

[0028] 实施例1所述的新型遥操作远端机器人控制平台的操作方法，所述的操作流程，在同一显示窗口叠加显示两个虚拟模型——虚拟操作模型和虚拟虚拟反馈模型；

[0029] 所述的虚拟虚拟反馈模型与真实远端机器人的运动是同步的，操作者通过虚拟操作模型模拟远端机器人的运动，并将运动信息发送给远端远端机器人，而虚拟虚拟反馈模型的运动是由远端远端机器人的运动反馈信息进行控制；

[0030] 所述的反馈信息为实时的关节运动传感器信息，数据小，时延小，并且可以通过模型角度补偿弥补时延造成的运动累加误差，使得虚拟虚拟反馈模型的运动与真实远端机器人的运动状况保持一致；

[0031] 所述的双虚拟模型显示与远端视频反馈信息的融合，可以通过视频监视窗口实时监视真实远端机器人的作业状况，进行更加容易与直观的控制检测；

[0032] 所述的虚拟操作模型和虚拟虚拟反馈模型之间的最终位置重合是控制系统通过数据来判定的，重合判定是精确的，如果运动完成未重合，系统则根据数据加入运动补偿；

[0033] 所述的控制程序可按作业所需，实时绘制两虚拟模型末端执行器的轨迹，根据所绘制的显示窗口轨迹，可以判断真实远端机器人运动的有效性；

[0034] 所述的虚拟虚拟反馈模型可以更容易体现出多种现实信息，通过颜色变化直观反映执行短的受力情况；

[0035] 所述的两个虚拟模型可以任意角度旋转调整和局部放大，可以从不同角度的各个距离去观测两个模型之间的位置关系。

[0036] 实施例3：

[0037] 实施例1或2所述的新型遥操作远端机器人控制平台的操作方法，所述的操作流程，

[0038] (1)开启系统伺服电源，规划远端机器人作业轨迹，客户机端控制虚拟操作模型，运动观察其运行轨迹是否符合作业要求，包括躲避障碍物是否平滑、最终位姿定位是否准确。若要详细观查虚拟操作模型的运动状况，选择绘制轨迹进行详细的轨迹绘制，在显示窗口可得到清晰的虚拟操作模型的轨迹。

[0039] (2)若虚拟操作模型满足相应的作业要求，客户机端发送运行指令给远端真实远端机器人，真实远端机器人运动同时实时发回数据到虚拟虚拟反馈模型，保证虚拟虚拟反馈模型与真实远端机器人的同步；若虚拟操作模型的运动不满足作业要求，可手动调整虚拟操作模型的关节角度或在笛卡尔空间坐标系位移，使运动轨迹合理化。

[0040] (3)选则绘制轨迹，可精确绘制出虚拟虚拟反馈模型的运动轨迹，其轨迹同时也为真实远端机器人运动轨迹。

[0041] (4)与操作显示窗口并行工作的，还有视频监测窗口，可依作业要求打开视频监测设备，应用视频融合技术对作业空间实时监测，防止意外发生，保证作业安全。

[0042] (5)按作业需要，调整观测角度滑块、局部放大滑块，从不同角度、远近对两虚拟模型进行仔细观察。

[0043] (6)完成作业后，选择工作原点，虚拟操作模型与虚拟虚拟反馈模型先后回到作业原点，并精确重合。

[0044] 实施例4：

[0045] 实施例1、2或3所述的新型遥操作机器人控制方法，双虚拟模型叠加显示控制；控制虚拟操作模型在已知作业空间运动，通过模型显示窗口观察其运行状况；若满足作业要求，发送指令到远端的遥机器人，使其按照虚拟操作模型的运动轨迹进行实际运动；虚拟反馈模型在显示窗口上实时显示真实机器人的运动状况；可以通过视频监视窗口监视真实机器人的作业情况。操作者可以遥控远端机器人完成高精度和相对复杂的作业，从而实现人类在危险有害及动态环境下的安全可靠作业。