项目名称人机交互力反馈遥操作机器人关键技术及应用

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。

国家高技术研究发展计划（863计划）先进制造技术领域“高端微创外科手术机器人”重点项目课题申请指南一、指南说明“十一五”863计划先进制造技术领域“高端微创外科手术机器人系统”重点项目是依据《国家中长期科学和技术发展规划纲要》和《国家高技术研究发展计划（863计划）“十一五”发展纲要》的任务要求设置的。

微创外科机器人的开发引起了发达国家极大关注，投入了大量的人力和财力，研发出多个微创外科机器人产品，正在形成一类新的高端技术医疗器械产业。

国内一些医院花费大量外汇引进了国外高端微创外科机器人，但国外高端微创外科机器人存在价格昂贵、操作繁琐、不符合中国医疗环境和操作习惯等问题，限制了微创外科机器人在国内的推广应用。

因此结合国内医疗环境，开发适合中国国情的高端微创外科手术机器人具有重要意义，是一项重要而紧迫的任务。

项目总体目标：针对中国具体的医疗环境需求，围绕最具有代表性的血管介入和腹腔镜微创外科手术，开展高端微创外科机器人机构、控制、仿真等关键技术研究。

研制出微创血管介入手术机器人、微创腹腔外科手术机器人两个具有国际先进水平的高端微创外科机器人系统平台，并开展动物临床实验。

促进我国微创外科机器人的研究和应用，提高我国高新技术医疗器械的研究能力，推动相关产业化的形成与发展。

项目主要任务：突破微创外科机器人机构综合与优化、手术导航、力觉反馈控制、系统集成等技术难点，研制出微创血管介入手术机器人、微创腹腔外科手术机器人两个具有国际先进水平的高端微创外科机器人系统平台，各完成20例以上的动物临床实验。

通过系统平台的研制，受理6项以上发明专利，并起草2项体系标准。

项目申请要求：本项目设置2个课题，按课题申请。

课题申请者应针对指南内容，围绕课题目标和任务进行申请。

由各申请单位自行联合形成申请团队，要求由能开展临床实验的三级甲等医院作为课题牵头单位，其他单位应与课题牵头单位签订合作协议。

项目牵头单位和课题承担单位应具有医疗外科机器人技术的研究基础和积累，有很强的技术开发、系统集成和临床实验能力，必须落实配套资金。

移动操作机器人及其共享控制力反馈遥操作研究博士学位论文移动操作机器人及其共享控制的力反馈遥操作研究RESEARCH ON MOBILE MANIPULATOR AND ITSFORCE FEEDBACK TELEOPERATION BASED ONSHARED CONTROL MODE于振中哈尔滨工业大学2010年 11月国内图书分类号:TP242.2学校代码:10213国际图书分类号:681.5 密级:公开工学博士学位论文移动操作机器人及其共享控制的力反馈遥操作研究博士研究生 :于振中导师 :蔡鹤皋院士副导师 :赵杰教授申请学位 :工学博士学科 :机械电子工程所在单位 :机电工程学院答辩日期 : 2010 年 11 月授予学位单位 :哈尔滨工业大学Classified Index: TP242.2U.D.C: 681.5Dissertation for the Doctoral Degree in EngineeringRESEARCH ON MOBILE MANIPULATOR AND ITSFORCE FEEDBACK TELEOPERATION BASED ONSHARED CONTROL MODEYu ZhenzhongCandidate:Supervisor: Academician Cai HegaoVice-Supervisor: Prof. Zhao Jie Academic Degree Applied for: Doctor of EngineeringSpeciality: Mechantronics EngineeringUnit: School of Mechatronics EngineeringDate of Defense: Nov, 2010University: Harbin Institute of Technology摘要摘要移动操作机器人相比于固定操作机器人具有更大的操作空间和更强的操作灵活性,成为机器人领域研究的热点方向之一。

封面人物Cover Characters教授，32岁晋升为教授并评为博士生导师。

从刚毕业的博士迅速成长为独当一面的博士生导师，在宋爱国看来虽有自己的付出，但更有恩师的指引。

受少年百科丛书《飞向星星》的影响，宋爱国从小就对太空、宇宙充满着探索的好奇心。

高考时被招生老师“志在蓝天”的宣讲所感染，宋爱国将“南京航空学院”填在了志愿表上，之后在那里完成了本科、硕士学业。

为了领略不同学校的学术氛围，他到东南大学仪器科学与工程系攻读了博士研究生，师从黄惟一教授从事机器人技术研究。

宋爱国至今难以忘怀黄老师上第一节课的情形，“机器人传感技术”开课的第一天，黄老师向弟子们讲述了实验室从事机器人研究的历史，回忆起了一段悲痛的往事。

他说：“我们实验室的机器人研究事业，是实验室的创始人查礼冠老师用生命换来的！不将东南大学的机器人技术研究发展好，就对不起查老师！”那段话，一直激励着宋爱国。

宋爱国查礼冠教授是我国机器人事业的开拓者，她1958年就率领师生研制了我国第一台仿人机器人。

“文革”结束后的1978年，她敏锐地感觉到，机器人的时代将会到来，她征求了黄惟一等人的意见后，决定以机器人传感技术作为重点，组建实验室及团队，开展机器人的感知、控制和人工智能研究。

黄惟一老师作为查老师的主要助手，开始从陀螺仪与惯性导航技术的研究转为从事机器人技术的研究。

1983年，全国第一次机器人大会在华南理工大学召开，查老师作为大会的3个主要发起人之一带领黄老师及两位研究生一起去参加会议。

会议刚结束，两人走在华南理工大学校园里，一辆失控的汽车从斜坡上直冲而下，撞倒两位教师。

查老师当场身亡，黄老师重伤昏迷。

一年后，康复的黄惟一老师重新回到工作岗位，扛起了建设机器人传感与控制技术实验室的重任。

在他的带领下，团队重点开展机器人非视觉传感器的研究。

从1986年开始实验室得到国家原“863”高技术计划项目（以下简称“863”计划）的持续支持，并成为“863”计划先进制造领域机器人传感技术网点实验室的副组长单位。

机器人遥操作系统的设计与实现一、概述机器人遥操作系统是指通过计算机网络远程控制机器人运动并进行操作的系统。

本文将阐述机器人遥操作系统的设计与实现，包括硬件框架、软件平台以及网络通讯等方面。

二、硬件框架设计机器人遥操作系统的硬件框架是系统实现的基础，其设计应考虑到机器人的运动机构、传感器的布局以及数据传输。

一般而言，机器人遥操作系统的硬件框架需要包含以下几个部分：1. 机器人动力控制模块机器人控制模块是机器人运动的核心控制单元，包括电机、驱动电路、控制器等，负责控制机器人的运动、停止、转向等操作。

2. 机器人传感器模块机器人传感器模块是机器人的见、听、触感官，包括计量传感器、触摸传感器、影像传感器等，用于采集机器人周围环境的信息，为机器人提供能力支持。

3. 机器人数据传输模块机器人数据传输模块负责将机器人传感器模块采集到的信息传递给机器人控制中心，一般包括WiFi、蓝牙等传输手段，为机器人远程控制提供技术支持。

三、软件平台设计机器人遥操作系统的软件平台设计为机器人控制提供了支持。

软件平台缺乏稳定、高效的控制算法和控制程序，控制系统就无法得到有效控制，因此软件平台的设计十分重要。

机器人遥操作系统软件平台设计一般包括以下几个部分：1. 控制算法设计机器人遥控系统的控制算法设计是关键，它主要包括机器人运动规划、运动控制和定位等方面。

控制算法的设计必须充分考虑到机器人行走稳定性、精度，同时具有良好的响应速度和柔性控制特性。

2. 控制程序设计控制程序设计的核心是机器人操作界面，一般需考虑到交互性、实时性、安全性等方面。

此外，控制程序还应包括故障判断和系统保护等控制功能。

3. 控制参数优化机器人遥操作系统的控制参数需要根据不同的任务进行优化，通常通过模拟机器人运动模型和实际测试等方式确定每个参数的最优值。

四、网络通讯设计机器人遥操作系统的网络通讯设计是实现遥控的必要条件，网络通讯设计一般包括远程命令控制和视频传输等方面。

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。