论文题目: 基于增强现实的遥操作关键技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械设计及理论
作者: 熊友军
导师: 李世其
关键词: 遥操作,增强现实,人机交互,时延,预测控制
文献来源: 华中科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 由于现有的人工智能的局限性,在可以预见的相当长一段时间内还不能满足特定环境中的智能设备的安全有效的全自主作业,这使得智能设备的发展方向从早期的全自主方式向有人参与的方向发展,将人的智能同智能设备的自主性能有机的结合起来,形成了现在的遥操作系统。遥操作系统可以拓展人类的感知和操作能力,代替人类在危险、恶劣以及极限环境下的完成作业任务,因而在诸多领域具有广阔的应用前景,是当前的一个重要前沿课题和研究热点。增强现实技术是一种高级的人机交互技术,具有实时注册、虚实结合、人机交互三个特点。本文针对遥操作系统的通讯时延,提出将增强现实技术引入到遥操作系统中提高系统的可操作性和安全性。围绕系统中的增强现实的遥操作环境的构建问题、友好人机交互技术问题、遥操作的预测控制技术及网络时延等展开了研究,主要研究内容如下: 针对遥操作中对未知远程环境的先验知识匮乏或非结构化环境建模困难,提出了一种基于视觉的增强现实跟踪注册方法,构建了增强现实的遥操作系统; 对影响注册精度的相机径向畸变进行了研究,提出了一种改进算法,提高了注册精度。研究了基于头盔显示器的立体视觉显示原理,为遥操作者提供具有临场感的视觉反馈。为了改善遥操作的可操作性,研究了操作者——虚拟执行机构的多通道人机交互技术。提出了一种基于数据手套的手势输入技术,设计了手势输入的数据手套接口组件; 研究了基于位置跟踪技术的机械臂的控制技术,实现了基于鸟群电磁跟踪系统的虚拟执行机构的控制; 研究了虚拟手建模和人手到虚拟手的运动映射关系,提出了一种虚拟手的人机交互技术,并采用数据手套、FOB鸟群传感器、虚拟手技术等建立了操作者-虚拟执行机构的多通道的人机交互,提高了系统的可操作性。对典型的网络遥操作系统的时延进行了分类,研究了各类时延产生的机理,建立了遥操作的网络时延模型,分析了时延对遥操作的视觉、力觉反馈、操作安全性和可操作性的影响。进行了大量网络时延测试实验并在此基础上对网络时延模型进行了修正,为遥操作的预测控制提供参考。遥操作中的时延问题使得操作者不能获得实时的操作反馈,操作者基于时延的反馈信息遥操作,一方面易造成操作疲劳,另一方面对系统动态响应性差,易造成误操作。为了提高系统的安全性,提出了增强现实环境中的遥操作预测控制技术,
论文目录:
摘要
Abstract
1 绪论
1．1 问题的提出
1．2 研究目的和意义
1．3 相关研究工作综述
1．4 本文的主要工作
1．5 文章的结构
2 面向遥操作的增强现实环境开发
2．1 增强现实系统的注册原理
2．2 远程图像采集及前处理
2．3 模式识别
2．4 增强现实系统的注册
2．5 增强现实的遥操作环境的立体视觉显示技术
2．6 增强现实注册的标定误差及误差修正
2．7 本章小结
3 增强现实遥操作环境中的人机交互技术
3．1 人机交互的研究现状分析及遥操作中的人机交互技术
3．2 基于手势输入技术的人机交互技术
3．3 位置跟踪技术研究
3．4 虚拟手技术
3．5 增强现实环境中的遥操作人机交互通道
3．6 增强现实环境中多通道的人机交互技术
3．7 本章小结
4 遥操作系统的时延研究
4．1 时延的分类及组成
4．2 时延对遥操作性能的影响
4．3 网络时延测试与分析
4．4 网络传输时延建模研究
4．5 本章小结
5 预测显示控制的遥操作控制体系
5．1 遥操作系统模型的建立
5．2 预测控制理论方法研究
5．3 遥操作预测显示控制过程
5．4 增强现实环境中复杂操作过程优化
5．5 时延条件下的遥操作稳定性分析
5．6 本章小结
6 基于增强现实的机器人遥操作原型系统及实验研究
6．1 遥操作实验环境设置
6．2 通讯系统
6．3 遥操作实验任务及实现过程
6．4 局域网内机器人遥操作实验结果
6．5 互联网环境中的遥操作实验结果及分析
6．6 本章小结
7 全文总结及研究展望
7．1 全文工作总结
7．2 研究展望
致谢
参考文献
附录 攻读博士学位期间发表的论文目录
发布时间: 2006-04-05
参考文献
- [1].面向数控加工仿真的增强现实关键技术研究[D]. 马志艳.华中科技大学2007
- [2].面向空间舱内机器人遥操作的增强现实仿真场景构建技术研究[D]. 张金玲.北京邮电大学2009