力觉临场感

摘要： 针对目前可穿戴力反馈数据手套(主手)结构复杂、操作负担重、反馈力波动明显的问题,设计了带有扇形外骨架的力反馈数据手套.采用变阻抗力-位置型双通道控制结构,在力反馈模式下从手采用力平衡控制.经过实验对比,新的力反馈数据手套和控制结构既保证了数据手套和人手运动一致性,又能满足数据手套对人手提供稳定力反馈的要求.

摘要： 开发出一种用于夹钳式主从机器手的气动力觉系统.该系统可使操作者在主从操作中具有夹持力觉临场感,避免破坏易碎的操作对象.详细介绍了机械气动结构、力矩传感器的设计、位置传感器的安装.设计了主手PID控制器,实现对主机器手的位移信号发送与力矩伺服控制.制作试验样机并搭建了试验平台.通过对系统动态特性的分析验证了系统方案的可行性.

摘要： The force telepresence telerobot system is a typical human-robot-environment-interaction system.The en-vironment as a terminal unit of the whole teleoperation system is the object perceived and manipulated by the telero-bot.The environment dynamics directly affects the control performance of the teleoperation system.This paper analy-zes the characteristics of environment dynamics,then proposes three kinds of dynamics models of environment under three contact conditions such as collision contact, linear steady contact, and non-linear steady contact, and gives their equivalent impedance forms,respectively.The research results in this paper provide a basis for the force telepr-esence telerobot system analyzing.%力觉临场感遥操作机器人系统是一个典型的人-机-环交互系统。环境是遥操作机器人系统最终的环节，也是操作者感知和作用的对象，环境的动力学特性对整个遥操作机器人系统的控制性能会产生直接的影响。通过分析环境在力觉临场感遥操作机器人系统中的动力学特性，建立了环境在碰撞接触、线性平稳接触和非线性平稳接触3类情况下的动力学模型，并给出了模型的等效阻抗形式，为力觉临场感遥操作机器人系统的分析提供了基础。

摘要： The force telepresence telerobot system is a typical human-robot-environment-interaction system,and the telepresence is the core of teleoperation system.How to evaluate the operating performance or telepresence degree of a force telepresence teleoperation system is a basic problem.At present,the evaluation of the operating performance mainly uses the humans subjective evaluation based on the ergonomics theory. In this paper, a two-port network model of the force telepresence teleoperation system is established, and the perception and control behavior of human operator in the telerobot system is analyzed. Then we give a definition of virtual impedance as a basis for quantitatively evaluating the operational performance of the telerobot systems, which is called impedance comparative method.At last,the operating performances of existing four types of telerobot systems based on different control structures are analyzed and evaluated by using the impedance comparative method.%力觉临场感遥操作机器人系统是一种典型的人-机-环交互系统，临场感是遥操作的核心。如何评价力觉临场感遥操作机器人系统的操作性能即临场感程度，目前大多采用基于人机工效学的主观评价分析方法。通过建立力觉临场感遥操作机器人系统的二端口网络模型，对操作者在遥操作过程的感知和控制行为进行了分析，给出了虚拟阻抗的定义，以此为基础提出了可定量评价系统操作性能即力觉临场感程度的阻抗比较法。利用阻抗比较方法对现有的4种不同反馈控制结构遥操作机器人的操作性能作了分析与评价。

摘要： 遥操作技术是空间、深海以及遥远距离等特殊环境下机器人完成作业任务的关键技术。构建了基于PHANTOM手控器及MOTOMAN机器人的遥操作机器人系统平台,能够实现对象的主从抓取、自主抓取以及两者结合抓取等几种抓取任务,并完成人性化用户界面的设计。针对遥操作机器人主从双边存在的时延问题,设计了基于任务空间检测的自主模式和主从模式相结合的遥操作机器人系统工作模式,相比于传统的遥操作机器人系统所采用的工作模式更加省时高效。实验结果表明所提出的工作模式能够满足存在通信时延情况下遥操作机器人完成任务的需要。

摘要： Human-robot interaction robot is currently the frontier and hotspot of the robotics research.While telepresence is core technique for the human-robot interaction.In this paper,we review the history of the telepresence telerobot technology,and illustrate its applications in areas of nuclear detection,space exploration,and tele-surgery.Then we analyze its four key techniques,namely sensing technique,force feedback and tactile display technique,control strategy under time delay,and modeling technique for virtual predictive environment.We briefly introduce the development of telepresence telerobot research and its applications in nuclear detection and rehabilitation therapy areas at Southeast University during the past two decades.At last,we point out the future research directions of the force telepresence telerobot.%人机交互式机器人作为最具实用价值的特种机器人已成为当前机器人学研究的前沿和热点.临场感(Telepresence)技术是人机交互的核心.首先,回顾了力觉临场感遥操作机器人技术的产生、发展和现状,介绍了力觉临场感遥操作机器人在核领域、空间探测领域与远程医疗领域的应用情况；其次,对力觉临场感遥操作机器人的4大关键技术:传感技术、力反馈与触觉再现技术、大时延控制技术和虚拟预测环境建模技术等进行了综述；还介绍了东南大学仪器科学与工程学院机器人传感与控制研究所近20年来开展临场感遥操作机器人技术研究,以及在核探测、康复医疗领域应用的情况.通过回顾与分析,指出了力觉临场感遥操作机器人技术今后需要研究的几个重点问题.

摘要： 力觉临场感遥操作机器人系统是一个典型的人在回路(Human-in-Loop)的人机交互系统,操作者作为整个系统的一个重要单元是完成机器人控制的顶层控制环节.操作者需要接受力觉、触觉、视觉和运动信息反馈后,才能作出决策,远程操纵机器人执行任务,因此操作者是一个基于多输入单输出的复杂系统,而且具有非线性和时变性,需要建立一套相应的控制模型.文章通过分析操作者在力觉临场感遥操作系统中的感知、决策与动作的特性,建立了一种操作者的输入输出模型,并给出了模型的等效二端口网络形式,为力觉临场感遥操作机器人系统的分析提供了基础.%The force telepresence telerobot system is a typical human-robot-interaction system with human-in-loop.The human operator as an important unit for the whole teleoperation system is the top control component to perform task of the robot control.The human operator will make a decision and manipulate a telerobot to execute tasks after receives the force feedback,haptic feedback,visual feedback and movement informatio from the sensors installed on the robot.As the human operator is a complex system of multi-input-and-single-output with nonlinear and time varying properties,an appropriate control model needs to be built.This paper analyzes the human operators'characters of perception,decision and movement,then propoeses a control model of human operator and gives an equivalent form of two-port networks,which provides a basis for the force telepresence telerobot system analyzing.

摘要： 人机交互式机器人作为最具实用价值的特种机器人已成为当前机器人学研究的前沿和热点.临场感(telepresence)技术是人机交互的核心.对临场感遥操作机器人技术的发展和现状作了回顾,对力觉临场感谣操作机器人的三大关键技术:传感技术、力反馈与触觉再现技术、大时延下的虚拟预测环境建模技术等进行了综述；对临场感遥操作机器人技术的最新前沿即基于生物电信息的人机交互技术进行了介绍；最后并介绍了东南大学仪器科学与工程学院机器人传感与控制研究所近10年来开展临场感遥操作机器人技术研究及应用所取得的成果.%Human-robot Interaction robot is currently the frontier and hot of the robotics research. Telepresence is core technique of the human-robot interaction. In this paper, we review the history of the telepresence telerobot technology and analyze its three basic techniques, that is sensing technique, force feedback and tactile display technique, predictive virtual environment modeling under time delay. Then, we briefly discuss the biological electricity based human-robot interaction as the current research hot of telepres ence teleoperation. At last, we introduce the development of telepresence telerobot research in Robot Sensor and Control Institute at Southeast University during the past decade.

摘要： For improving efficiency problem in coal ash test,a one-degree-of-freedom control system of master-slave gathering grey tool with force telepresence and sense telepresence is developed, and its low-cost implementation method is introduced. The master controlled fay an operator is equipped with a DC torque motor and the scaled down slave gathering grey tool which executes real tasks in the environment is driven by a hydraulic servo system. Based on a two-channel position-force control architecture, integral separation PID control is used about force feedback. In order to show the validity and feasibility of the designed architecture, example is introduced and analyzed.%为了提高煤灰测验工作中的煤灰采样效率问题,介绍了单自由度主从式力觉临场感和视觉临场感遥操作电厂智能采灰器的设计和低成本实现方法.由操作者操纵的力反馈操纵杆装有直流力矩电机,与环境作用的采样器选用输出力大、可靠性高的液压伺服驱动.采用一种二通道位置-力控制结构,并且力控制采用了积分分离PID控制.最后通过实验进一步分析说明所设计的体系结构的合理性和可行性.

摘要： 基于对主从机器人控制系统的动力学分析,研究了借助力觉临场感技术实现主从医疗机器人遥操作的控制理论和设计方法.在力和运动的双向控制中采用了新型控制方案,从理论上分析了该方案的可行性,显示了临场感技术在增强人机交互能力方面的优越性.

摘要： 介绍了一种具有力觉临场感的主从式比率遥控机器人单自由度实验系统的设计和低成本实现方法,主要叙述了实验系统的组成原理,硬件构成及其性能.

摘要： 在力觉临场感遥操作系统中,通讯时延的存在严重影响系统的稳定性.从分析系统的动力学方程入手,构造适当的Lyapunov函数,并据此来分析时变时延下系统处于约束运动状态下的稳定性.

摘要： 介绍机器人力觉临场感的一种实现方法，该方法的特点是在作用于作用者手指的触头上装有力传感器，可以对操作者的受力进行反馈控制，保证操作者手指的压力与被控制的机器我手爪的受力相同，从而使操作才得到较真实的力觉临临场感。

摘要： 该文针对力觉临场感空间机器人实际工作环境动力学的未知性或时变性，提出了一种基于进化规划的力觉临场感空间机器人自适应控制方法用于克服信号传输时延对系统稳定性和透明性的影响，其中，进化规划作为一种模拟生物进化过程的全局寻优算法，用于在线辨识空间环境的阴抗参数（即动力学参数）来修改控制器的控制参数，从而达到自适应控制的目的。实验结果表明了该方法的有效性。

摘要： 建立了力觉临场感空间机器人双边信号通讯的网络模型，提出了定量分析系统透明性的方法，应用二端口网络理论从理论上分析通讯时延对力觉临场感空间机器人无源性和透明性的影响，并进行了实验研究。

摘要： 力觉临场感遥控作业系统在实际中经常工作在未知环境，因此环境的建模非常重要，上前在研究中普遍采用的是环境的阻抗模型，针对未知环境必须估计出环境阻抗模型的参数，遗传算法是近年来迅速发展起来的一种新的全局优化搜索算法，该文针对环境的阻抗模型，提出了玫种基于遗传算法的环境阻抗参数估计方法，可以快速有效地估计出环境阻抗参数，实验结果表明了该方法的有效性。

摘要： 力觉临场感虽遥控智能机器人的关键技术之一，它真接影响遥操作的准确性，灵巧性和宜人性。该文在介绍ＳＴＡＮＦＯＲＤ型手控器力觉临场感系统的组成及工作原理的基础上，分析探讨了提高力觉临 场感高保真性能的主要技术途径。

摘要： 本文在分析遥操作技术原理和特点的基础上,提出了遥操作技术最适宜的五种基本用途.以遥操作技术在航天领域和微创医学领域的应用为典型案例,分析了其应用现状和潜在的前景.最后探讨了遥操作系统的关键技术和发展趋势.

摘要： 本文在分析遥操作技术原理和特点的基础上,提出了遥操作技术最适宜的五种基本用途.以遥操作技术在航天领域和微创医学领域的应用为典型案例,分析了其应用现状和潜在的前景.最后探讨了遥操作系统的关键技术和发展趋势.

摘要： 本文在分析遥操作技术原理和特点的基础上,提出了遥操作技术最适宜的五种基本用途.以遥操作技术在航天领域和微创医学领域的应用为典型案例,分析了其应用现状和潜在的前景.最后探讨了遥操作系统的关键技术和发展趋势.

摘要： 本发明提出一种主端介入力觉临场感变阻尼控制系统，系统包括机械装置和控制模块，控制板采集第一编码器、第二编码器的移动位置和速度信息信号，并将采集的信号传输从端，从而实现从端的平动与转动，从端的平动和转动中所受阻力和阻力矩的力反馈信息发送回控制板；控制板根据接收从端的力反馈信息调整信号输出值大小，使驱动模块改变第一阻尼发生器和第二阻尼发生器的阻尼，从而改变平动装置的拉动的阻力和旋转装置转动的阻力矩，使主端操作中实现力觉临场感。本发明通过变阻尼的线性控制，能够实时调整阻力和阻力矩，操作者能够获得真实、准确的力觉临场感。

摘要： 一种小型核化侦察与应急机器人遥操作的力觉临场感实现方法，属于机器人技术领域，其特征在于：步骤1检测机械手各个关节驱动电机的电流大小；步骤2计算各关节驱动电机输出力矩；步骤3计算机械手末端三维合力作用于各关节的有效力并进行力合成得到机械手末端三维合力；步骤4将机械手末端三维合力传输至操作员控制器并控制力反馈手控器产生相同的力作用于人手，使操作员产生力觉临场感。本发明方法解决了小型核化侦察与应急机器人受有效空间和载荷制约而不能安装三维力传感器的情况下实现机械手末端三维合力计算的难点问题，可以使操作员产生遥操作力觉临场感，实现对机械手带力感觉的控制。

摘要： 一种基于触觉传感器的遥操作机器人力觉临场感控制方法，包括：主边回路和从边回路，主边回路由主边回路开关、主边控制器、主机器人和比较器构成，从边回路由从边控制器、从机器人和比较器构成，步骤如下：将位置差信号xu发送给从边控制器，从边控制器形成的输出控制量us，us进入输出给从机器人并用于控制从机器人运动，在从机器人上设置触觉传感器用于感知环境对从机器人作用力fe，当fe大于阈值fT时，接通主边回路中的主边回路开关，xu被输入至主边控制器，输出控制量为um，最后，将um输出至主机器人并由主机器人产生作用于操纵者的反馈力，使操作者产生力觉临场感，同时从机器人跟随主机器人运动；当反馈力信号fe小于fT时，主机器人不提供反馈力给操作者。

摘要： 一种基于虚实力融合的遥操作机器人力觉临场感实现方法，操作者通过主机器人产生主边位置信号xm，主边位置信号xm进入通讯时延环境，延时后形成从边位置信号xs，从边位置信号xs再进入从机器人，作为从机器人的输入。从机器人输出环境位置信号xe作用于环境，同时，环境提供给从机器人环境反作用力fe，从机器人根据环境反作用力fe输出从边力信号fs，进入通讯时延环节进行延迟后，输出主边力信号fm，主边力信号fm再进入低通滤波器，输出低频力信号fmwL。主边位置信号xm的另一路进入虚拟环境，虚拟环境的模型为输出虚拟力信号fv，虚拟力信号fv再进入高通滤波器进行处理，高通滤波器输出高频力信号fvωH。此高频力信号fvωH与低频力信号fmwL进行叠加，形成新的主边力信号fmn，此信号作用主机器人。

摘要： 本发明提出一种主端介入力觉临场感变阻尼控制系统，系统包括机械装置和控制模块，控制板采集第一编码器、第二编码器的移动位置和速度信息信号，并将采集的信号传输从端，从而实现从端的平动与转动，从端的平动和转动中所受阻力和阻力矩的力反馈信息发送回控制板；控制板根据接收从端的力反馈信息调整信号输出值大小，使驱动模块改变第一阻尼发生器和第二阻尼发生器的阻尼，从而改变平动装置的拉动的阻力和旋转装置转动的阻力矩，使主端操作中实现力觉临场感。本发明通过变阻尼的线性控制，能够实时调整阻力和阻力矩，操作者能够获得真实、准确的力觉临场感。

摘要： 本发明公开一种具有力觉临场感的

摘要： 本发明公开了一种机械臂力觉临场感的主从遥操作控制系统及方法，系统包括主机械臂控制系统、主控制系统和从机械臂控制系统，通过该系统的控制策略性能稳定可靠、信息处理平滑稳定，满足主从控制作业任务的要求。本发明的构思是在主从机器人上安装无线通信模块，实现控制指令与传感器信号的无线传输，通过主从隔离，实现主从的跟踪与主手很好的力觉感；本发明通过主从控制的方式完成复杂作业，并通过各种传感器采集的信息，提高其操作性能。

摘要： 一种基于虚实力融合的遥操作机器人力觉临场感实现方法，操作者通过主机器人产生主边位置信号xm，主边位置信号xm进入通讯时延环境，延时后形成从边位置信号xs，从边位置信号xs再进入从机器人，作为从机器人的输入。从机器人输出环境位置信号xe作用于环境，同时，环境提供给从机器人环境反作用力fe，从机器人根据环境反作用力fe输出从边力信号fs，进入通讯时延环节进行延迟后，输出主边力信号fm，主边力信号fm再进入低通滤波器，输出低频力信号fmwL。主边位置信号xm的另一路进入虚拟环境，虚拟环境的模型为输出虚拟力信号fv，虚拟力信号fv再进入高通滤波器进行处理，高通滤波器输出高频力信号fvωH。此高频力信号fvωH与低频力信号fmwL进行叠加，形成新的主边力信号fmn，此信号作用主机器人。

摘要： 一种基于触觉传感器的遥操作机器人力觉临场感控制方法，包括：主边回路和从边回路，主边回路由主边回路开关、主边控制器、主机器人和比较器构成，从边回路由从边控制器、从机器人和比较器构成，步骤如下：将位置差信号xu发送给从边控制器，从边控制器形成的输出控制量us，us进入输出给从机器人并用于控制从机器人运动，在从机器人上设置触觉传感器用于感知环境对从机器人作用力fe，当fe大于阈值fT时，接通主边回路中的主边回路开关，xu被输入至主边控制器，输出控制量为um，最后，将um输出至主机器人并由主机器人产生作用于操纵者的反馈力，使操作者产生力觉临场感，同时从机器人跟随主机器人运动；当反馈力信号fe小于fT时，主机器人不提供反馈力给操作者。

摘要： 本实用新型公开了一种机械臂力觉临场感的主从遥操作控制系统，系统包括主机械臂控制系统、主控制系统和从机械臂控制系统，通过该系统的控制策略性能稳定可靠、信息处理平滑稳定，满足主从控制作业任务的要求。本实用新型的构思是在主从机器人上安装无线通信模块，实现控制指令与传感器信号的无线传输，通过主从隔离，实现主从的跟踪与主手很好的力觉感；本实用新型通过主从控制的方式完成复杂作业，并通过各种传感器采集的信息，提高其操作性能。