項(xiàng)目簡(jiǎn)介

在特定環(huán)境下,遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)加入力覺(jué)反饋能夠使操作者感受到真實(shí)的操縱感覺(jué),實(shí)現(xiàn)力覺(jué)臨場(chǎng)感,實(shí)時(shí)把握被控對(duì)象運(yùn)動(dòng)狀態(tài),及時(shí)對(duì)控制指令做出相應(yīng)的調(diào)整,保證被控對(duì)象在遠(yuǎn)程操控下準(zhǔn)確可靠運(yùn)行,很大程度上能夠降低人員操作失誤率,增加操作者操控的安全性,因此對(duì)基于力反饋的航空航天遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)的研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

通過(guò)仿真分析驗(yàn)證控制方法的有效性,保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)力反饋的準(zhǔn)確性,為操作者提供可靠的路感信息,同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)通信、位置跟蹤等模塊進(jìn)行功能測(cè)試,驗(yàn)證各模塊程序設(shè)計(jì)的合理性,保證數(shù)據(jù)通信、位置跟蹤、數(shù)據(jù)顯示的準(zhǔn)確性,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)軟硬件的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一,終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)準(zhǔn)確的力覺(jué)反饋,增強(qiáng)對(duì)遠(yuǎn)程機(jī)械臂控制的有效性,滿足基于力反饋的遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)的既定要求。

02

1.1.1?多維度狀態(tài)輸入設(shè)備

1.遠(yuǎn)程操控：在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中實(shí)時(shí)控制一個(gè)遠(yuǎn)端指令生成設(shè)備（機(jī)械手臂+手爪）對(duì)實(shí)物進(jìn)行操作，同時(shí)感受遠(yuǎn)端指令生成設(shè)備和環(huán)境的接觸力。

3.基于混合現(xiàn)實(shí)的培訓(xùn)：在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中實(shí)時(shí)控制一個(gè)遠(yuǎn)端指令生成設(shè)備對(duì)虛擬物體進(jìn)行操作，同時(shí)感受遠(yuǎn)端指令生成設(shè)備和虛擬物體的接觸

圖1? 多維度狀態(tài)輸入設(shè)備

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

• 
  

• 針對(duì)遠(yuǎn)程操控應(yīng)用模式，多維力反饋設(shè)備與遠(yuǎn)端指令生成設(shè)備連接的系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示：

圖2 ?遠(yuǎn)程操控應(yīng)用模式系統(tǒng)架構(gòu)

?

• 針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用模式，多維力反饋設(shè)備與遠(yuǎn)端指令生成設(shè)備連接的系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示：

圖3 ?虛擬現(xiàn)實(shí)模式應(yīng)用架構(gòu)




?

• 混合現(xiàn)實(shí)模式介于遠(yuǎn)程控制和虛擬現(xiàn)實(shí)模式之間，硬件部分架構(gòu)類(lèi)似于遠(yuǎn)程控制，多維狀態(tài)輸入設(shè)備通過(guò)控制主機(jī)與遠(yuǎn)端指令生成設(shè)備連接；同時(shí)，也生成被操作物體及環(huán)境的虛擬場(chǎng)景，通過(guò)三維全景仿真調(diào)度軟件協(xié)調(diào)、同步遠(yuǎn)端機(jī)械手臂與虛擬物體之間的位置及物理關(guān)系，并將混合現(xiàn)實(shí)的圖像生成在操作人員的頭盔中。




?

顧名思義，遠(yuǎn)端目標(biāo)操作機(jī)械臂需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端目標(biāo)操作的作用，自由度不小于7，同時(shí)負(fù)責(zé)對(duì)遠(yuǎn)端力覺(jué)信息的重現(xiàn)。同時(shí)整機(jī)的結(jié)構(gòu)能在不同操作間安裝和移動(dòng)。




圖6? 機(jī)械臂運(yùn)行狀態(tài)




• 遠(yuǎn)端目標(biāo)操作設(shè)備總體特點(diǎn)：

2.????協(xié)作性與安全性：?人機(jī)協(xié)作機(jī)器人，在通常使用模式下不需要增加安全圍欄。

4.????編程簡(jiǎn)單：需要有直觀的3D視圖，編程容易。

6.????綜合使用成本低：耗電低，使用簡(jiǎn)單，維護(hù)簡(jiǎn)單。??

?圖7?遠(yuǎn)端目標(biāo)操作設(shè)備

1.1.3?三維全景仿真驗(yàn)證調(diào)度軟件




圖8 ?三維全景仿真驗(yàn)證系統(tǒng)調(diào)度軟件信息流




• 演示和仿真控制模塊

在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，獲取遙操作手控器的狀態(tài)信息、顯示設(shè)備信息，對(duì)狀態(tài)進(jìn)行健康狀態(tài)判讀；實(shí)驗(yàn)中對(duì)數(shù)據(jù)、視頻進(jìn)行顯示、記錄，緊急情況下具備干預(yù)能力；實(shí)驗(yàn)完成后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、視頻回放，能控制回放速度；實(shí)驗(yàn)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)發(fā)送實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)、結(jié)束指令。

為使實(shí)驗(yàn)狀態(tài)數(shù)據(jù)直觀、便捷顯示，可采用多臺(tái)顯示器對(duì)軟件界面進(jìn)行顯示。

• 用于處理接入三維場(chǎng)景中的數(shù)據(jù)，包括操作對(duì)象狀態(tài)，提取像仿真所需數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)的采樣頻率進(jìn)行匹配，形成固定標(biāo)準(zhǔn)格式，以適應(yīng)不同數(shù)據(jù)來(lái)源，方便圖像仿真。

• 進(jìn)行像仿真資源調(diào)配，并實(shí)現(xiàn)流暢、的像仿真。用于進(jìn)行計(jì)算資源配置，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)計(jì)算單元和形計(jì)算單元間的協(xié)同調(diào)度。根據(jù)視角及位置，對(duì)視景進(jìn)行計(jì)算并顯示在相應(yīng)的輸出設(shè)備上。

• a）虛擬三維模型

仿真對(duì)象：能讀取商用軟件建立的操作對(duì)象三維模型，在上述三維模型中顯示。本軟件建立一套默認(rèn)三維模型。

b）敏感器三維重構(gòu)

?

• 用于將按照一定格式生成的虛擬仿真數(shù)據(jù)，以及實(shí)際三維相機(jī)拍攝的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合匹配，形成虛實(shí)結(jié)合的場(chǎng)景，融合匹配操作默認(rèn)自動(dòng)完成，可以手動(dòng)配置進(jìn)行修正。能為遠(yuǎn)端視覺(jué)輸入設(shè)備定位系統(tǒng)提供虛擬的操作目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端視覺(jué)輸入設(shè)備定位系統(tǒng)對(duì)虛擬目標(biāo)的操作。




• 設(shè)備調(diào)度模塊

輸入設(shè)備包括遙操作控制終端，具備適應(yīng)甲方提供的遙操作終端型號(hào)、個(gè)數(shù)的能力，能對(duì)遙操作終端進(jìn)行狀態(tài)和參數(shù)設(shè)置。







可實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

根據(jù)用戶需求調(diào)研，結(jié)合項(xiàng)目背景分析，用戶主要實(shí)現(xiàn)實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、混合仿真實(shí)驗(yàn)三種應(yīng)用模式。




• 實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)




?

• 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，通過(guò)三維可視化技術(shù)構(gòu)建虛擬的機(jī)械臂與實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，并可將它們部署于依托真實(shí)的環(huán)境數(shù)據(jù)支撐的虛擬真是環(huán)境中，通過(guò)真實(shí)仿真數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)其運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)更加符合真實(shí)作業(yè)環(huán)境的仿真實(shí)驗(yàn)。




?

• 混合仿真實(shí)驗(yàn)使用當(dāng)前先進(jìn)混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將真實(shí)的設(shè)備（機(jī)械臂）與虛擬的目標(biāo)設(shè)備融匯在一個(gè)空間中，并進(jìn)行接觸物理仿真計(jì)算，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合的仿真實(shí)驗(yàn)。




?

業(yè)務(wù)價(jià)值

航天技術(shù)是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的高技術(shù)集群,薈萃了科學(xué)技術(shù)的許多成果。航天技術(shù)的發(fā)展和每一次重大突破，都會(huì)引起經(jīng)濟(jì)的深刻變革和人類(lèi)社會(huì)的巨大進(jìn)步。Hysim和遠(yuǎn)科技很榮幸為航空事業(yè)貢獻(xiàn)一份力量。

通過(guò)本系統(tǒng)多維度狀態(tài)輸入設(shè)備，實(shí)現(xiàn)基于虛擬現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)的遠(yuǎn)程操控和培訓(xùn)。結(jié)合遠(yuǎn)端視覺(jué)輸入設(shè)備定位系統(tǒng)和三維全景仿真驗(yàn)證系統(tǒng)調(diào)度軟件，既可以讓遠(yuǎn)端目標(biāo)操作機(jī)械臂，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端目標(biāo)操作的作用，又同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)端力覺(jué)信息的重現(xiàn)，一起構(gòu)成了完整的三維全景仿真驗(yàn)證系統(tǒng)。

基于在VR頭盔中雙目遠(yuǎn)程立體成像的真實(shí)空間反饋體驗(yàn)，通過(guò)三維可視化技術(shù)構(gòu)建虛擬的機(jī)械臂與實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，以及力反饋設(shè)備的力矩操作體驗(yàn)，使遠(yuǎn)程操控機(jī)械臂如同使用自己的手臂去完成任務(wù)一樣清晰具象，操作過(guò)程更加可靠。通過(guò)三維全景仿真驗(yàn)證系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)者可以在立體環(huán)境中使用力反饋設(shè)備驅(qū)動(dòng)雙臂機(jī)器人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并可以完成模擬實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、混合仿真實(shí)驗(yàn)多種實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，為后續(xù)實(shí)操提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

航空事業(yè)的發(fā)展是技術(shù)的飛躍進(jìn)步，社會(huì)生產(chǎn)突飛猛進(jìn)的結(jié)果。雖然還只是人類(lèi)離開(kāi)地球這個(gè)搖籃的幾步，但它的作用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，對(duì)政治、經(jīng)濟(jì)、軍事以至人類(lèi)社會(huì)生活都產(chǎn)生了廣泛而深遠(yuǎn)的影響。