下载文档原格式
基于虚拟现实的遥操作系统设计与实现随着科技的不断进步，虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术日益广泛应用于各个领域。
尤其在遥操作系统的设计与实现上，虚拟现实技术为我们带来了许多创新的可能性。
本文将探讨基于虚拟现实的遥操作系统的设计与实现。
一、遥操作系统的意义与需求遥操作系统是一种通过远程控制设备和系统来完成操作的系统。
它可以实现操作员与被操作对象之间的距离和环境的解耦，为一些特殊情况下的操作提供了便利和安全性。
虚拟现实技术作为一种模拟和增强现实世界的技术，可以提供身临其境的感觉，让用户感觉自己身处虚拟环境中。
基于虚拟现实的遥操作系统可以实现操作员在远程位置上操作，并具备与真实环境互动的能力。
这样的系统可以应用于军事、医疗和工业等领域，为危险、高风险或不便于直接接触的操作提供解决方案，减少人身安全风险。
二、基于虚拟现实的遥操作系统设计框架1. 设备和传感器：基于虚拟现实的遥操作系统需要支持操作员与被操作对象之间的信息交互。
因此，系统需要配备各种传感器、摄像头、手柄等设备，以便实时获取被操作对象的数据。
2. 虚拟环境构建：为了实现身临其境的体验，系统需要构建逼真的虚拟环境。
这包括场景建模、渲染和光线追踪等技术。
通过对虚拟环境的模拟，操作员可以感受到真实环境中的物体、声音和触感等信息。
3. 实时传输与处理：基于虚拟现实的遥操作系统需要实时传输被操作对象的信息，并在远程端进行处理和渲染。
这要求系统具备高速的数据传输和处理能力，以实现低延迟的操作体验。
4. 交互与控制：在设计基于虚拟现实的遥操作系统时，考虑到操作员需要进行准确和精细的操作，系统应提供多种交互方式，如手势识别、语音识别和头部追踪等。
这样，操作员可以通过直观的方式操纵虚拟环境中的对象。
5. 安全性与稳定性：由于遥操作系统可能涉及到危险和高风险的操作，系统的安全性与稳定性显得尤为重要。
系统应具备监控和报警机制，确保操作员和被操作对象的安全，并且系统应具备自动断开连接的功能，一旦发生异常情况，能够对系统进行安全保护。
华中科技大学硕士学位论文摘要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。
由于互联网的通用性、交互性和经济性，以互联网为通讯媒介的遥操作技术成为研究的一个前沿课题。
本文讨论和构建了基于虚拟现实的机械臂遥操作系统体系结构，规划设计了各个组成模块的功能。
对常用的三维建模方法进行了阐述。
然后针对机械臂进行建模，包括几何建模和运动学建模。
研究了虚拟场景的组成，介绍了虚拟场景的开发环境，阐述了本系统虚拟场景的构建方法。
分析了虚拟环境的构成特点，具体剖析了虚拟环境的树形场景结构、场景中运动和关节运动实现机制、以及碰撞检测的思想与算法流程等。
网络时延的存在为遥操作系统的感知和控制带来了许多问题，本文对网络时延进行了测试和分析，对典型的网络遥操作系统的时延进行了分类，分析了时延对遥操作的安全性和可操作性的影响。
预测显示是克服基于网络的遥操作系统中网络传输时延的不确定性关键技术之一。
本文提出了一种基于时间和位置的预测显示方式，根据当前状态和反馈回的轨迹点，对远端的机械臂状态进行预测，并在三维仿真场景中显示。
最后，构建了基于虚拟现实的机械臂遥操作系统的原型系统，并在此基础上分别作了实验验证，实验结果说明基于虚拟现实的遥操作及预测显示能较好的克服时延对遥操作性能的影响，提高了遥操作效率。
关键词：预测显示虚拟现实时延遥操作华中科技大学硕士学位论文AbstractTele-operation systems can extend the human being’s abilities of apperception and operation，replace people to finish their job in some dangerous，abominable or excessive environment. With the rapid development of the Internet，the Internet-based tele-operation technology is growing up to an important and hot topic all over the world.This paper studies the structure and framework of the system of tele-operation，and built a internet-based tele-operation .The system was divided into several models，such as mode building model，scene driving model，apparatus monitoring model，information process model，3D displaying model.The construct of virtual environment，the key technology used in these subsystems，was discussed. Construct of virtual environment model，architecture of animation are analyzed. High-level characteristic of virtual environment and main algorithm are analyzed，such as collision detection ，principle of animationInternet time-delay is the key inherent problems in tele-robotics based internet. In the paper ，the affection of time delay is discussed. To solve the uncertainty of time-delay existing in internet tele-robotics，the approach of predictive display based virtual reality is one of the selected ways. Above all，predictive display based position and time is presented in this paper. Based on the current system state and position feedback，local operation system predicts the state of robotic and shows in three-dimensional simulation system. Experimental results demonstrate the feasibility and the validity of this approach.At last，tele-operation system prototype is setup based on virtual reality. Based on the system ，writing and predict display test is practiced over the LAN and Internet.Key words: predictive display，virtual reality，time-delay，tele-operation华中科技大学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论1.1课题来源及研究意义 (1)1.2国内外研究情况综述 (2)1.3本文主要工作 (5)1.4本章小结 (6)2 基于虚拟现实的机械臂遥操作系统总体框架2.1系统总体框架 (7)2.2系统层次结构 (8)2.3系统功能模块设计 (9)2.4本章小结 (12)3 机械臂及虚拟场景建模3.1建模类型 (13)3.2机械臂建模 (15)3.3构建遥操作虚拟现实场景 (19)3.4虚拟场景关节运动的实现： (22)3.5场景中碰撞检测 (25)3.6本章小结 (26)4 时延测试与分析华中科技大学硕士学位论文4.1时延对遥操作的影响 (27)4.2网络传输时延模型 (28)4.3时延的测试及其分析 (30)4.4时延模拟 (36)4.5本章小结 (37)5 基于时间和位置的预测显示5.1大时延下的遥操作 (38)5.2基于位置和时间的预测显示算法 (39)5.3本章小结 (42)6原型系统开发及实验6.1原型系统 (43)6.2实验及结果 (47)6.3本章小结 (50)7 全文总结和展望7.1全文总结 (51)7.2展望 (51)致谢 (53)参考文献 (54)附录1 攻读学位期间发表的论文目录 (58)华中科技大学硕士学位论文1 绪论1.1 课题来源及研究意义本课题来源于国家民用航天科研专项计划——卫星在轨自维护及遥操作关键技术。
基于虚拟现实技术的遥操作机器人协调控制系统研究的开题报告一、选题背景随着虚拟现实技术的不断发展和应用，其在实现远程遥操作和协作的领域中也得到了广泛的关注和应用。
而机器人技术的发展和应用也越来越广泛，例如在危险环境、灾难现场、医疗领域等地均有广泛的应用。
但是由于操作者与机器人之间的远距离和物理上的障碍，机器人在实际应用中也面临许多挑战，例如操控不灵活、协作不协调、响应不及时等问题。
因此，如何通过虚拟现实技术构建一个协调控制系统，实现遥操作机器人的高效、精准、安全的控制成为了一个热门研究方向。
二、研究意义目前，遥操作机器人系统中的控制和沟通系统已经具备了一定的发展潜力，但仍然存在着各种问题。
尤其是在高风险和复杂环境下，机器人控制更加复杂，需要更高的适应性和智能化。
因此，本研究将主要基于虚拟现实技术，构建一个协调控制系统，通过制定控制策略和建立合适的交互界面，实现在远距离下遥操作机器人的高效、精准、安全的控制。
三、研究目标本研究主要旨在探究虚拟现实技术在遥操作机器人系统的协调控制中的应用，具体研究目标包括：1. 设计一个基于虚拟现实技术的遥操作机器人协调控制系统，并对系统中的各个功能模块进行设计和优化。
2. 建立一套机器人协同控制策略，在保证机器人控制的高效性和精准度的同时，提高机器人的协调性和智能化。
3. 在实验室环境下进行系统性能测试，并对测试结果进行分析和总结，验证该系统在提高遥操作机器人控制精度和效率方面的优势。
四、研究内容1. 虚拟现实技术在遥操作机器人系统中的应用分析2. 遥操作机器人系统的控制框架设计3. 基于虚拟现实技术的机器人控制模块设计4. 机器人协同控制策略设计5. 系统性能测试和结果分析五、研究方法本文采用系统性的研究方法，主要包括系统化和实践性的研究方法。
系统化地研究关于遥操作机器人系统和虚拟现实技术的理论及研究进展，并结合现有的机器人控制策略，提出一套机器人协同控制策略。
实践性研究采用实验室实验，并进行实验数据分析和总结，以验证所提出的机器人协调控制系统的有效性。
近年来,机器人遥操作技术成为了研究热点[1],被广泛应用于太空及深海探索、核电站设备操作、核辐射探测等复杂危险环境作业中[2-3]。
虚拟现实技术是一门综合性的高新实用技术,可以很好地与机器人技术进行有机结合。
虚拟现实技术通过视觉、力觉和触觉等手段显著增强了机器人遥操作的临场感。
1系统总体结构设计基于VR技术的机器人遥操作系统,如图1所示。
该系统所包含的硬件设施主要有珞石工业机器人、HTC-VIVE套件和本地工控计算机[4],其中工业机器人包括机器人本体和配套控制柜。
该系统由服务器端和客户端两部分组成,服务器端位于上位机,即在本地计算机上使用Unity3D引擎开发建立,客户端位于下位机,机器人的控制系统提供了基于Socket的外部通信接口,上位系统可以通过该接口向机器人发送控制指令或者获取机器人的各种状态。
图1系统总体结构2系统控制过程在机器人遥操作系统中,操作者操纵VR手持控制器控制工业机器人的运动。
HTC-Vive拥有能于空间内同时追踪显示器与控制器的定位系统(Lighthouse),它能捕捉手持控制器的运动轨迹,并将其映射为虚拟机器人最前端目标点的运动轨迹;然后再利用逆向运动学算法计算出机器人各个关节的转动角度;最后将各转动角度值封装为控制指令发送至机器人控制系统,从而达到精准控制真实机器人运动的目的。
机器人遥操作系统控制过程,如图2所示。
图2系统控制过程3虚拟环境构建机器人遥操作系统采用的开发引擎为Unity3D,它是一个跨平台、开源的应用程序开发引擎。
Unity3D拥有强大的渲染、物理和碰撞检测引擎,支持传感器的实现和建模,并支持在超过15个平台上部署,包括Oculus Rift、HTC-Vive和谷歌VR平台[5]。
因此Unity3D非常适合基于虚拟现实的遥操作系统的开发。
机器人模型的构建是虚拟环境构建中极其重要的环节,因为只有建立精确的几何模型,才能更准确地反映真实机器人的位姿信息。
机器人遥操作技术在当今科技飞速发展的时代，机器人遥操作技术正逐渐成为一个备受关注的领域。
它不仅为我们的生活带来了诸多便利，还在工业、医疗、太空探索等众多领域发挥着重要作用。
简单来说，机器人遥操作技术就是指操作人员在远处对机器人进行控制和操作，使其完成特定的任务。
想象一下，在危险的环境中，如核辐射区域或深海，人类无法直接进入，但通过遥操作技术，我们可以指挥机器人去进行探测、维修等工作。
又或者在医疗领域，医生可以在千里之外操控机器人为患者进行手术，大大提高了医疗资源的可及性。
机器人遥操作技术的实现离不开几个关键的部分。
首先是通信系统，它要确保操作人员发出的指令能够快速、准确地传递给机器人，同时机器人所感知到的信息也能及时回传给操作人员。
这就好比我们打电话，信号要清晰、稳定，不能有卡顿或延迟，否则就会影响交流效果。
为了达到这一要求，科学家们不断探索和改进通信技术，从早期的有线通信到如今的无线通信，从低速传输到高速传输，每一次进步都为机器人遥操作技术的发展提供了有力支持。
其次是传感器系统。
机器人需要通过各种传感器来感知周围的环境，比如视觉传感器（摄像头）、触觉传感器、力传感器等等。
这些传感器就像机器人的“眼睛”和“皮肤”，能够让机器人获取到关于周围环境的详细信息，然后将这些信息传递给操作人员。
操作人员根据这些信息做出判断和决策，再向机器人发送相应的指令。
然后是控制系统。
这是整个遥操作技术的核心部分，它负责将操作人员的指令转化为机器人能够理解和执行的动作。
控制系统要具备高精度、高稳定性和高可靠性，以确保机器人能够准确地执行任务。
同时，它还要能够处理各种复杂的情况，比如机器人遇到障碍物时的自动避让、在不稳定环境中的平衡控制等等。
在实际应用中，机器人遥操作技术面临着许多挑战。
其中之一就是时延问题。
由于信号传输需要时间，操作人员发出的指令到达机器人时可能会有一定的延迟，而机器人反馈的信息回到操作人员这里也会有延迟。
空间机器人遥操作系统设计及研制随着人类对太空探索的不断深入，空间机器人在太空任务中的应用越来越广泛。
为了能够实现远程控制空间机器人完成各种任务，空间机器人遥操作系统应运而生。
本文将围绕空间机器人遥操作系统设计及研制过程展开讨论，并引入输入的关键词。
空间机器人遥操作系统是一种能够实现对空间机器人进行远程控制、监测和管理的系统。
它依托于先进的通信、导航、控制等技术，为空间机器人完成任务提供强大的支持。
近年来，随着国际空间竞赛的加剧以及太空探索任务的增多，空间机器人遥操作系统的发展越来越受到。
空间机器人遥操作系统的设计需要满足多种复杂的需求，包括高精度的定位、稳定快速的通信、安全可靠的指令传输等。
为了满足这些需求，空间机器人遥操作系统设计应遵循以下原则和方法：模块化设计：将整个系统划分为多个模块，每个模块独立完成特定的任务，从而提高系统的可维护性和扩展性。
分布式架构：采用多级控制系统，各级之间通过高速数据总线相连，实现信息的快速传递和指令的精准执行。
智能控制策略：引入人工智能和机器学习等技术，实现自主导航、任务规划、故障诊断等职能，提高系统的智能化水平。
空间机器人遥操作系统的研制涉及到多个学科领域，包括电子工程、计算机科学、自动化控制等。
在研制过程中，技术难点也比较多，例如：高精度导航：空间机器人需要精确的导航系统，以便在复杂的太空环境中实现精确定位和姿态控制。
无线通信技术：由于太空环境中的无线通信条件非常复杂，因此需要研究可靠的无线通信技术，保证指令和数据的传输速度和质量。
系统集成与调试：由于空间机器人遥操作系统涉及多个子系统，各子系统之间的协同与调试成为研制过程中的重要难点。
深入研究高精度导航技术，例如惯性测量单元（IMU）和全球定位系统（GPS）的组合导航方法。
创新无线通信技术，采用适应性更强、抗干扰能力更高的调制解调技术和信道编码技术。
加强子系统之间的协同设计，采用模块化、分布式架构，减少子系统之间的耦合度，提高系统的可维护性和扩展性。
基于虚拟现实遥操作机器人原型系统的研究的开题报告一、选题背景随着虚拟现实（VR）技术的发展，其在各个领域的应用越来越广泛。
其中，VR在机器人远程控制方面具有广阔的应用前景。
虚拟现实遥操作机器人系统是一种全新的控制方式，它可以使远距离操作更加简单和高效，在工业制造、危险救援、医疗等领域具有非常重要的应用价值。
二、研究内容本课题的研究内容为基于虚拟现实遥操作机器人原型系统的研究，具体包括以下几点：1. 构建机器人原型系统：通过使用实际机器人和传感器设备，构建机器人原型系统，包含机器人的硬件和软件部分。
2. 设计虚拟现实控制界面：基于虚拟现实技术，设计出一个可视化的控制界面，使用户可以通过VR头显和手柄控制机器人的移动、视角和动作等。
3. 实现遥操作功能：将控制界面与机器人原型系统进行连接，实现通过虚拟现实遥操作机器人的功能。
4. 进行应用实验：通过模拟实际场景，对虚拟现实遥操作机器人系统进行测试和验证，比较其与传统控制方式的差异和优势。
三、研究目的本课题旨在研究基于虚拟现实遥操作机器人原型系统的控制方式，并探讨其在工业制造、危险救援、医疗等领域的应用前景。
同时，通过实践验证，掌握虚拟现实技术的应用方法和机器人遥操作的相关知识。
四、研究意义1. 提高远程操作效率：相比传统控制方式，虚拟现实遥操作机器人系统的控制方式更加直观和高效，可以提高远程操作的效率和准确性。
2. 降低安全风险：在一些危险性较高的领域，如核电站、矿山等，虚拟现实遥操作机器人系统可以降低人员的安全风险。
3. 拓展应用领域：通过虚拟现实遥操作机器人系统的研究和实践，可以将其应用到更广泛的领域，如医疗、军事等。
五、研究方法1. 文献调研：搜集关于虚拟现实技术和机器人遥操作的相关文献和研究成果，了解研究现状。
2. 构建机器人原型系统：采购机器人和传感器设备，搭建机器人原型系统，开发相应的控制软件。
3. 设计虚拟现实控制界面：通过虚拟现实技术，设计出一个直观、易用的控制界面，实现对机器人原型系统的遥操作。
机器人遥操作系统控制技术1. 引言1.1 概述机器人遥操作系统控制技术是近年来快速发展的一项前沿技术，它允许人们通过远程方式对机器人进行操控和控制。
遥操作系统通过传感器技术、控制算法以及实时通讯协议等组成要素，实现了人与机器人之间的无线连接和高效交互。
该技术在各个领域都有广泛应用，如工业制造、医疗保健、教育科研等，为提高生产效率和解决现实问题提供了有效的解决方案。
1.2 文章结构本文将从以下几个方面对机器人遥操作系统控制技术进行阐述。
首先，在第二部分将概述该技术的定义与分类，并回顾其发展历史和主要应用领域。
接着，在第三部分中将详细介绍遥操作系统的组成要素及原理，包括传感器技术、控制算法介绍和实时通讯协议等。
然后，在第四部分将探讨远程操控方法与技术选择，比较直接操控与自主导航的优劣并介绍关键技术选择标准和方法，同时还会讨论物联网在遥操作中的应用。
最后，在第五部分将展望机器人遥操作系统控制技术的未来发展，并探讨人工智能在遥控系统中的应用、自动化水平提高带来的挑战以及全球合作下可能产出的成就。
1.3 目的本文旨在全面介绍机器人遥操作系统控制技术，深入探讨其组成要素和原理，并提供远程操控方法与技术选择的指导。
同时，本文将对该技术未来发展进行展望，指出人工智能在其中的应用方向以及可能面临的挑战，并呼吁全球合作以推动该领域取得更多成果。
通过本文的阐述和分析，读者将对机器人遥操作系统控制技术有更深入、全面的了解，并为相关领域从业者和研究者提供参考和借鉴。
2. 机器人遥操作系统控制技术概述2.1 定义与分类机器人遥操作系统控制技术是指通过远程手动操纵或者自动化程序，对机器人进行操作和控制的一种技术。
根据应用领域的不同，可以将机器人遥操作系统控制技术分为军事、医疗、工业、教育等多个分类。
2.2 发展历史机器人遥操作系统控制技术的发展始于20世纪中期，当时主要应用于军事领域。
随着科技的进步，这项技术逐渐扩展到其他领域。
基于计算机视觉技术的机器人导航与遥操作随着人工智能技术的不断发展以及机器人的不断普及，基于计算机视觉技术的机器人导航与遥操作也已逐渐成为了人们关注的话题。
随着计算机视觉技术的不断发展，机器人导航和遥操作也越来越得到了人们的关注和认可，并成功应用于各种领域，如自主驾驶、智能医疗、航空航天等。
下面我们就来探讨一下基于计算机视觉技术的机器人导航与遥操作。
一、计算机视觉技术简介计算机视觉技术是计算机科学和人工智能的重要分支之一，它主要包括图像识别、物体识别、行为分析、视频跟踪和目标定位等技术。
这些技术可以帮助机器人获取并处理图像信息，从而实现自主行动和运动控制。
计算机视觉技术的研究主要涉及模式识别、计算机视觉、计算机图形学和机器学习等领域，可用于各种自主导航、智能感知以及遥操作等应用中。
二、基于计算机视觉技术的机器人导航在机器人导航方面，计算机视觉技术可以帮助机器人感知周围环境的情况，并协助机器人行动。
使用计算机视觉技术进行机器人导航可以实现实时跟踪、障碍物检测以及路径规划等技术，从而让机器人能够在未知环境中自主探测和移动。
基于计算机视觉技术的机器人导航通常结合了多种传感器信息，如激光雷达、摄像头、超声波等，以确保机器人快速、准确地获取和处理周围环境信息。
目前，基于计算机视觉技术的机器人导航主要应用在工业自动化、智能交通及智能家居等方面。
常见的机器人导航应用主要包括自主清扫机器人、监控机器人、智能小车和智能管家等。
这些机器人不仅能够进行智能巡逻和清理，还可以实现智能安防、智能遥控等功能。
三、基于计算机视觉技术的机器人遥操作在机器人遥操作方面，计算机视觉技术也可以为人们提供更加稳定、准确的远程遥控。
利用计算机视觉技术进行机器人遥操作可以实现更加精准的摄像头视角控制、周围环境识别和预警、操纵杆控制等功能。
通过远程控制，我们可以让机器人在复杂和危险的环境下完成任务，缩短人们的工作时间和劳动强度，有效提高安全性和生产效率。
基于虚拟现实技术的机器人智能控制系统设计虚拟现实技术的发展已经深刻地改变了人类的生产和生活方式，使得许多传统的操作过程变得智能化和自动化。
其中，机器人控制系统是一个很好的案例，它已经成为许多现代工业生产过程中必不可少的一部分。
在这篇文章中，我们将探讨一个基于虚拟现实技术的机器人智能控制系统设计的思路和实现方法。
首先，我们来了解一下虚拟现实技术是什么。
虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)技术是指通过计算机生成一种人工的、模拟的现实体验，让用户可以在其中进行沉浸式的互动体验。
用现实场景的虚拟化来呈现出一种全新的现实感，不仅仅是用户的视觉感受，而且还包括声音、触觉和动作等方面。
有了虚拟现实技术，我们可以在不同场合中展现不同的物理世界，让用户像身临其境一样感受到逼真的互动视觉和听觉体验。
结合机器人控制系统的应用，我们可以把虚拟现实技术应用到机器人智能控制领域。
简单地说，虚拟现实技术可以模拟出一个虚拟环境，机器人可以在其中自由行动，我们可以通过虚拟现实技术对机器人的行动进行观测和控制。
例如，我们可以把机器人引入到虚拟现实环境中，调整其行进路线，观测其动态行为，优化其运动轨迹，从而更好的实现自动化的控制和管理。
在虚拟现实技术的基础上，我们可以设计一个智能机器人控制系统，用于控制和管理机器人。
该系统可以监测机器人的动态行为，对机器人位置、速度、加速度等运动状态信息进行实时采集和处理，能够计算机器人的运动轨迹、检测机器人运动的异常情况、避免机器人与周围环境中物体碰撞，保证机器人安全移动，提高生产效率。
而且，机器人控制系统还可以利用虚拟现实技术来模拟现实环境，以实现更好的操作和管理机器人。
虚拟现实技术为机器人智能控制系统带来了全新的思路，在机器人控制系统领域拓宽了智能设计的领域。
利用其在模拟和控制虚拟环境方面的优势，我们可以更好的进行机器人的设计和控制，为生产商提供更加精细的管理和控制功能。
此外，还可以通过人工智能技术对机器人进行智能学习和自主决策，进一步提高其智能水平和生产效率。
一种基于VR的机器人遥操作系统及其遥操作方法，所述系统包括作业机器人、摄像装置、VR头显装置、机器人规划装置、遥控装置和后台服务器，所述方法包括以下步骤：S1、构建虚拟机器人和VR虚拟场景；S2、利用摄像装置实时获取作业环境与作业对象的视频影像；S3、将视频影像与VR虚拟场景同步叠加；S4、在虚拟场景中对虚拟机器人进行动作规划；S5、控制作业机器人执行动作；S6、根据传感器数据修正机器人动作；S7、存储步骤S4、S5、S6的日志数据并进行深度学习。
本技术系统及方法具有更高的灵活性、安全性和精准度，能够代替人工进行带电作业，实现带电作业智能化，提升带电作业的效率，降低相关操作人员的人身风险。
权利要求书1.一种基于VR的机器人遥操作系统，其特征在于，包括：作业机器人，用于在作业环境中执行动作指令并将执行结果传送给上位机，所述上位机包括VR头显装置和机器人规划装置；摄像装置，用于采集作业环境和作业对象的影像，并将采集的影像传送给VR头显装置；VR头显装置，用于根据作业机器人和摄像装置采集的影像实时生成虚拟机器人和虚拟场景，所述虚拟场景与作业环境完全相同；机器人规划装置，用于在虚拟环境中对虚拟机器人进行动作规划，生成动作指令或动作指令集；遥控装置，用于发送动作指令或动作指令集到作业机器人，控制作业机器人执行动作；后台服务器，用于存储机器人动作规划、动作执行生成的日志数据，并根据所述日志数据进行深度学习。
2.根据权利要求1所述的一种基于VR的机器人遥操作系统，其特征在于，所述作业机器人包括带电作业车和至少两个机械手臂，机械手臂安装在所述带电作业车上，所述摄像装置通过连接件安装在带电作业车顶部。
3.根据权利要求2所述的一种基于VR的机器人遥操作系统，其特征在于，所述作业机器人还包括力传感器、触觉传感器和距离传感器，所述力传感器、触觉传感器和距离传感器安装在所述机械手臂上。
4.根据权利要求1所述的一种基于VR的机器人遥操作系统，其特征在于，所述摄像装置选用双目摄像头。
5.根据权利要求1所述的一种基于VR的机器人遥操作系统，其特征在于，所述遥控装置包括数据发送模块、数据接收模块和控制模块，所述数据发送模块将机器人规划装置规划的动作指令或动作指令集通过局域网传输给所述数据接收模块，数据接收模块通过串口将动作指令或动作指令集传输给所述控制模块，控制模块通过串口连接所述作业机器人，控制作业机器人执行动作指令或动作指令集。
6.一种基于VR的机器人遥操作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过手工建模和点云建模构建作业机器人、作业对象和作业环境模型，生成虚拟机器人和VR虚拟场景；S2、利用摄像装置实时获取作业环境与作业对象的视频影像，并将视频影像传送到VR头显装置；S3、利用OpenCV处理视频影像，将处理后的视频影像与S1生成的VR虚拟场景同步叠加，获得最终的虚拟场景；S4、在虚拟场景中利用高度临场感的可视化方法对虚拟机器人进行动作规划，生成动作指令或动作指令集；S5、通过局域网将动作指令或动作指令集发送给作业机器人，驱动作业机器人执行动作指令或动作指令集；S6、作业机器人执行动作指令过程中，根据安装在机械手臂上的传感器测量的数据修正作业机器人的动作指令；S7、将步骤S4、S5、S6的日志数据存储在后台服务器中，根据存储的数据进行深度学习，优化虚拟场景构建、动作规划、动作执行的算法。
7.根据权利要求6所述的一种基于VR的机器人遥操作方法，其特征在于，所述步骤S1中通过手工建模和点云建模构建作业机器人、作业对象和作业环境模型，具体操作如下：针对有图纸或照片的固定建模对象，通过3DMax建模为建模对象手工构建模型；针对没有图纸或照片的固定建模对象，通过高精度三维激光扫描仪获取建模对象的点云数据，并根据点云数据构建模型；针对不固定建模对象，通过摄像装置实时采集建模对象点云数据，结合深度检测功能构建模型；所述建模对象包括作业机器人、作业对象和作业环境。
8.根据权利要求6所述的一种基于VR的机器人遥操作方法，其特征在于，所述步骤S4的具体操作为：在虚拟场景中利用NVIDIA PhysX物理引擎模拟机械手臂每个关节的物理运动，获得虚拟环境下的碰撞检测数据，根据作业内容和碰撞检测数据，利用高度临场感的可视化方法对作业机器人进行动作规划，生成动作指令或动作指令集。
9.根据权利要求6所述的一种基于VR的机器人遥操作方法，其特征在于，所述步骤S6中的传感器包括力传感器、触觉传感器和距离传感器。
10.根据权利要求9所述的一种基于VR的机器人遥操作方法，其特征在于，所述步骤S6的具体操作为：S61、作业机器人执行动作指令过程中，安装在机械手臂上的传感器实时采集力度、触觉、距离数据，当采集到的任一数据超出设定的范围，作业机器人停止执行当前动作；S62、判断数据超值原因：1）虚拟环境存在偏差时，根据视频影像校准虚拟环境，重新规划作业机器人动作，生成新的动作指令；2）作业机器人动作执行存在偏差时，根据已经执行的动作和传感器数据调整动作执行参数，重新规划作业机器人动作，生成新的动作指令；S63、控制作业机器人执行新的动作指令。
技术说明书一种基于VR的机器人遥操作系统及其遥操作方法技术领域本技术涉及机器人遥操作技术领域，尤其涉及一种基于3D建模、VR头显设备和遥操作制技术的机器人遥操作系统及其遥操作方法。
背景技术在作业环境恶劣、作业危险较高或人力无法完成等作业领域，机器人作业越来越普遍，操作人员可以远程控制机器人进行作业，降低人身完全风险。
机器人遥操作系统的实现很大程度上改变了机器人的作业方式并拓展了机器人的作业能力，人们甚至不需要出现在机器人作业环境中，可以直接在本地或外地控制机器人作业。
但是机器人遥操作系统也存在一定的问题，机器人遥操作人机交互系统需要尽可能准确地获取操作者的控制意图并下发控制指令，传统的交互设备普遍需要操作者适应设备，操作方式比较机械化，机器人运动范围受限，操作灵敏度和灵活性都不够，交互过程不自然。
另外，遥操作系统一般通过网络进行数据交互，根据数据控制机器人动作，数据传输过程如果出现延迟会直接影响系统判断，进而导致机器人操作失误，甚至引起重大事故。
随着国内电力设备的扩建，带电作业越发频繁，带电作业的危险级别很高，作业难度较大，由于带电作业对灵活性、精准度、及时性等的要求较高，现有的大部分机器人遥操作系统无法满足带电作业要求，很多带电作业都只能由人工完成，工作人员需要承担巨大的风险，作业的效率也很难保证，研究一个操作更方便、交互性更好、精准度更高的机器人遥操作系统来完成要求更高的作业至关重要。
技术内容为了解决机器人遥操作系统操作灵敏度不足、交互性体验差、时延影响精准度的问题，本技术提出了一种基于VR的机器人遥操作系统及其遥操作方法，通过VR头显装置生成虚拟场景，在虚拟场景中模拟机器人动作，预先规划机器人动作，远程遥控带电作业机器人在实际作业环境中动作，灵活性和精准度高，提高带电作业效率，减少人力成本，降低人身安全风险。
为解决上述技术问题，本技术采用了如下技术手段：一种基于VR的机器人遥操作系统，主要包括：作业机器人，用于在作业环境中执行动作指令并将执行结果传送给上位机，所述上位机包括VR头显装置和机器人规划装置；摄像装置，用于采集作业环境和作业对象的影像，并将采集的影像传送给VR头显装置；VR头显装置，用于根据作业机器人和摄像装置采集的影像实时生成虚拟机器人和虚拟场景，所述虚拟场景与作业环境完全相同；机器人规划装置，用于在虚拟环境中对虚拟机器人进行动作规划，生成动作指令或动作指令集；遥控装置，用于发送动作指令或动作指令集到作业机器人，控制作业机器人执行动作；后台服务器，用于存储机器人动作规划、动作执行生成的日志数据，并根据所述日志数据进行深度学习。
进一步的，所述作业机器人包括带电作业车和至少两个机械手臂，所述机械手臂选用六自由度机械手臂，机械手臂安装在所述带电作业车上，所述摄像装置通过连接件安装在带电作业车顶部。
进一步的，所述作业机器人还包括力传感器、触觉传感器和距离传感器，所述力传感器、触觉传感器和距离传感器安装在所述机械手臂上。
进一步的，所述摄像装置选用双目同频摄像头。
进一步的，所述遥控装置包括数据发送模块、数据接收模块和控制模块，所述数据发送模块将机器人执行装置规划的动作指令或动作指令集通过局域网传输给所述数据接收模块，数据接收模块通过串口将动作指令或动作指令集传输给所述控制模块，控制模块通过串口连接所述作业机器人，控制作业机器人执行动作指令或动作指令集。
一种基于VR的机器人遥操作方法，主要包括以下步骤：S1、通过手工建模和点云建模构建作业机器人、作业对象和作业环境模型，生成虚拟机器人和VR虚拟场景；S2、利用摄像装置实时获取作业环境与作业对象的视频影像，并将视频影像传送到VR头显装置；S3、利用OpenCV处理视频影像，将处理后的视频影像与S1生成的VR虚拟场景同步叠加，获得最终的虚拟场景；S4、在虚拟场景中利用高度临场感的可视化方法对虚拟机器人进行动作规划，生成动作指令或动作指令集；S5、通过局域网将动作指令或动作指令集发送给作业机器人，驱动作业机器人执行动作指令或动作指令集；S6、作业机器人执行动作指令过程中，根据安装在机械手臂上的传感器测量的数据修正作业机器人的动作指令；S7、将步骤S4、S5、S6的日志数据存储在后台服务器中，根据存储的数据进行深度学习，优化虚拟场景构建、动作规划、动作执行的算法。
进一步的，所述步骤S1中通过手工建模和点云建模构建作业机器人、作业对象和作业环境模型，具体操作如下：针对有图纸或照片的固定建模对象，通过3DMax建模为建模对象手工构建模型；针对没有图纸或照片的固定建模对象，通过高精度三维激光扫描仪获取建模对象的点云数据，并根据点云数据构建模型；针对不固定建模对象，通过摄像装置实时采集建模对象点云数据，结合深度检测功能构建模型；所述建模对象包括作业机器人、作业对象和作业环境。
进一步的，所述步骤S4的具体操作为：在虚拟场景中利用NVIDIA PhysX物理引擎模拟机械手臂每个关节的物理运动，获得虚拟环境下的碰撞检测数据，根据作业内容和碰撞检测数据，利用高度临场感的可视化方法对作业机器人进行动作规划，生成动作指令或动作指令集。
进一步的，所述步骤S6中的传感器包括力传感器、触觉传感器和距离传感器。
进一步的，所述步骤S6的具体操作为：S61、作业机器人执行动作指令过程中，安装在机械手臂上的传感器实时采集力度、触觉、距离数据，当采集到的任一数据超出设定的范围，作业机器人停止执行当前动作；S62、判断数据超值原因：1）虚拟环境存在偏差时，根据视频影像校准虚拟环境，重新规划作业机器人动作，生成新的动作指令；2）作业机器人动作执行存在偏差时，根据已经执行的动作和传感器数据调整动作执行参数，重新规划作业机器人动作，生成新的动作指令；S63、控制作业机器人执行新的动作指令。
