论文题目: 机器人远程监控系统的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械设计与理论
作者: 汪地
导师: 方明伦,陈一民
关键词: 机器人远程控制,视频监控,图形仿真,碰撞检测,力反馈,摄像头标定立体显示
文献来源: 上海大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本论文对远程控制下的人机交互技术进行比较深入的研究,将虚拟现实技术应用到机器人远程控制当中去,通过图形仿真和视频监视及力反馈来监控机器人的状态。在远端通过鼠标、键盘、力反馈操纵杆、三维鼠标的方式来对工作现场的机器人进行远程示教、远程操作、远程编程及远程诊断,并通过图形仿真和实时视频监视远端的机器人。本文研究的目的主要有三个: 1.针对传统机器人控制器的不足,提出一种新型的机器人控制系统的体系结构。 2.构建起一套机器人远程控制平台,为进一步开展机器人远程控制与多机协同机制以及机器人智能控制方面的研究创造条件。 3.在所建立的平台上对机器人远程控制机制进行深入的研究,解决其中的一些关键技术,例如远程监控技术、图形仿真、实时视频监控、三维交互、碰撞检测及立体显示技术等,为远程控制技术的推广应用准备条件。 为实现以上目标,本论文主要完成了以下工作: 1) 针对Internet网络环境下通信特点,建立了一套状态数据的实时获取与传输机制。对于网络传输的时延问题,提出了基于网络的动态时延检测策略,通过将动态时延检测与预测显示相结合的办法来实现时延条件下机器人的远程监控。 2) 为了解决视频图像的网络监控问题,采用了Directshow作为视频开发平台。完成了视频数据的获取,发送,接收,回放等过程,主要是解决了视频数据的实时传输问题。重点解决了视频数据队列的拆包、传输与丢包恢复及流量控制问题,保证了局域网环境中的实时传输,时延小于0.1秒。 3) 在机器人建模方面,主要解决了在OpenGL环境当中机器人的运动学建模以及机器人与场景的几何建模问题。结合图形运动仿真的特点和机器人运动的特点,提出了一种中心点移动法来表示机器人的运动学关系。基于OpenGL对几何模型的表示方法,实现了VRML1.0的接口程序,通过与专业的三维CAD软件UGⅡ和Solidworks结合,比较方便地构建了精确的机器人几何模型,并能自动获取机器人的运动参数。 4) 对碰撞检测问题进行了研究,实现了基于碰撞检测程序与基于OpenGL的图形仿真程序的接口,使得碰撞检测程序能够共享图形仿真的几何模型和当前变换矩阵,实时完成碰撞检测功能。 5) 在三维交互技术方面,将力反馈技术与碰撞检测中的距离监测及运动极限控制相结合,来达到友好人机交互的目的。将力反馈操纵杆及三维鼠标技术运用到机器人远程监控当中,增强了机器人的可操纵性。 6) 对摄像头标定进行了讨论,将摄像头的标定分解成静态参数的标定和动态参数的标定。静态参数的标定可以在实验室进行,而动态参数的标定则在现场进行。同时,在静态参数的标定当中,又将有畸变的真实摄像头看作是由理想的线性小孔模型的摄像头和非线性变换器两部分构成,对于理想摄像头部分采用传统的求取摄像头内外参数的方法来解决,而对
论文目录:
第一章 概述
1.1 机器人远程控制发展的回顾
1.2 论文的课题背景
1.3 论文的组织安排
第二章 远程控制机器人系统的体系结构
2.1 机器人控制系统的体系结构
2.2 软硬件平台的构筑
2.3 部分关键技术的讨论
2.3.1 仿真数据发生器的实时数据产生
2.3.2 机器人控制器的实时状态数据传送
2.3.3 机器人图形仿真与监控系统的实时监控机制
2.4 本章小结
第三章 机器人远程控制技术
3.1 远程控制问题的讨论
3.2 视频监控技术及其在机器人监控当中的应用
3.3 远程控制的实现
3.3.1 视频传输的流量控制算法
3.3.2 网络传输当中流量的控制与网络传输延迟的补偿。
3.3.3 为保证远程监控可靠性而采取的措施
3.4 小结
第四章 机器人建模与三维交互
4.1 机器人图形仿真技术
4.1.1 OpenGL的基本显示流程
4.1.2 投影变换和三维模型的显示
4.2 机器人建模
4.3 运动仿真中的碰撞检测
4.3.1 碰撞检测问题概述
4.3.2 OpenGL与碰撞检测算法库的接口
4.3.3 碰撞检测技术在机器人仿真中的具体应用
4.4 力反馈技术在机器人远程监控中的应用
4.4.1 碰撞检测与力反馈的结合
4.4.2 力反馈与关节运动的集成
4.5 小结
第五章 摄像头标定及其在机器人远程监控中的应用
5.1 坐标系的变换
5.2 摄像头参数的标定
5.3 摄像头校准的具体实现
5.3.1 摄像头静态参数的标定
5.3.2 摄像头动态参数的标定
5.4 摄像头畸变的校准与补偿
5.4.1 摄像头的畸变问题
5.4.2 带径向和切向畸变的摄像机模型
5.4.3 传统的畸变校准方法
5.4.4 基于神经网络的畸变校准
5.4.5 摄像头畸变的标定与校准
5.5 摄像头标定在机器人远程控制中的应用
5.6 小结
第六章 立体显示的实现
6.1 立体视觉及其计算
6.2 立体显示的基本模式
6.3 住PC和Windows平台下立体显示的实现
6.3.1 立体显示实现方案的比较
6.3.2 基于OpenGL的立体显示的实现
6.4 立体视频监控的实现
6.4.1 立体图象的获取
6.4.2 立体摄像头的校准
6.4.3 捕捉卡参数的同步调节
6.4.4 视频图象的立体显示
6.5 立体视差的调节与优化
6.5.1 摄像头成像与归一化尺寸
6.5.2 视频成像与立体视差
6.5.3 两摄像头水平间距的调整
6.6 立体显示技术在机器人远程监控当中的具体应用
6.7 小结
第七章 结语
7.1 论文的创新点
7.2 论文的不足与改进及工作的展望
参考文献
Chap1：
Chap2：
Chap3：
Chap4：
Chap5：
Chap6：
Chap7：
作者攻读学位期间的主要工作成果
1.发表的论文
2.主要科研成果列表
致谢
发布时间: 2005-09-16
参考文献
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