空间机器人遥操作系统的虚拟环境建立

摘要

遥操作技术主要是为了实现机器人替代操作者在危险和不确定的环境下完成特定任务所引出的。在航天领域,特别是在空间机器人项目方面应用广泛。可是由于空间与地面之间的距离问题,使得空间机器人的遥操作与地面控制中心的操作者传送的数据信号之间存在较大的时延,这无疑严重影响着遥操作系统的稳定性。本文根据国家863遥操作项目,完成了六自由度空间机器人的运动学与动力学建模,并且对虚拟现实环境建模技术、遥操作安全技术进行了理论分析和实验研究,开发了虚拟现实子系统,通过虚拟机械臂预测显示技术,减小通信时延对系统稳定性的影响,通过遥操作安全技术辅助操作者更好的完成相关任务。
　　整个虚拟现实子系统搭建的过程是通过虚拟场景中的模型串联起来的,本文应用Pro/E创建三维模型,通过3ds Max绘图软件对导入的OBJ类型的Pro/E模型文件添加虚拟对象,再应用专业的三维渲染引擎 OpenSceneGraph显示和控制模型,同时在该系统中提供虚拟手眼相机显示,保存和发送图像信息,绘制运动轨迹和关节坐标系等功能。
　　在虚拟现实子系统中添加了两个遥操作安全技术模块,两个模块分别提供碰撞检测功能和虚拟管道功能,它们的主要目的是及时提醒或阻止操作者的危险操作行为。另外一种遥操作安全技术模块是应用Pro/E软件建立的,该模块主要提供危险距离测量功能,应用在模型设计阶段。
　　本论文对虚拟现实技术在遥操作系统中的应用进行了较深入的研究,而对遥操作技术进行了浅显的研究。同时,设计和开发了虚拟现实子系统和遥操作安全技术模块,并通过典型的遥操作任务实验展示了虚拟现实子系统以及遥操作安全技术模块的功能。从中可以看出,虚拟现实技术能够较好的解决天地间时延问题。

目录

空间机器人遥操作系统的虚拟环境建立

RESEARCH ON VIRTUAL ENVIRONMENT FOR TELEOPERATING OF SPACEROBOT

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1课题来源和背景

1.2课题研究目的及意义

1.3国内外相关技术研究现状

1.3.1国外空间机器人虚拟现实遥操作系统研究现状

1.3.2国内空间机器人虚拟现实遥操作系统研究现状

1.4虚拟现实技术在遥操作系统中的应用

1.5主要研究内容

第2章 系统中各模块功能

2.1引言

2.2运动学与动力学建模

2.3虚拟场景开发软件

2.4遥操作安全技术

2.4.1碰撞检测

2.4.2虚拟管道

2.4.3 Pro/E安全性检测

2.5 本章小结

第3章 运动学与动力学建模

3.1引言

3.2建模思想

3.3系统的拓扑构型

3.4坐标系定义、运动学参数及动力学参数

3.5运动学分析

3.6动力学分析

3.7本章小结

第4章 虚拟现实技术与遥操作安全技术

4.1引言

4.2虚拟现实技术研究

4.2.1 Pro/E建模

4.2.2三维模型在3ds Max当中的处理

4.2.3 IVE格式的三维模型的导出

4.2.4虚拟场景的搭建

4.3遥操作安全技术研究

4.3.1碰撞检测功能模块

4.3.2虚拟管道功能模块

4.3.3 Pro/E安全距离检测功能模块

4.4程序发布

4.5本章小结

第5章 释放抓捕任务的虚拟现实

5.1引言

5.2分系统联合实验

5.2.1 实时显示空间机器人在轨运动状态

5.2.2虚拟相机模拟图像生成功能

5.2.3手眼相机存储需要的图像数据

5.3本章小结

结论

参考文献

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致谢