基于视觉定位与虚拟现实技术的机器人遥操作研究

摘要

机器人遥操作，即人类操作者通过远程控制设备操纵机器人完成任务，实现了机器人的执行能力和人类操作者在非结构化环境中的决策能力的融合，已被广泛应用于各种工作要求复杂且对人类有潜在危险的领域.高效遥操作的关键因素之一在于能否为操作者提供良好的临场感，临场感取决于操作者对远程环境的身临其境的感知(视觉、触觉等感官反馈)以及对远程机器人精准、直观的控制.本文提出了一种基于视觉定位与虚拟现实技术的机器人遥操作方法，重建并传输远程场景的静态点云模型，利用Gen6D位姿估计算法根据RGB数据自动检测远程场景中的物体，然后将检测到的物体位姿信息传输到Unity虚拟现实场景中，定位虚拟物体，从而取代物体的点云模型.充分发挥虚拟现实的固有优势，沉浸式可视化重建后的远程场景，利用Unity物理引擎驱动虚拟物体，提高操作者的临场感.其次，提出一种人机解耦的信息物理(cyber-physical)映射模型，将操作者与远程机器人的控制回路解耦，消除了时延对遥操作的影响.最后，提出一种基于虚拟现实空间的自适应位置增量映射算法，根据虚拟机器人末端抓手与目标物体的距离改变位姿映射的比例，提高了遥操作的灵活性，并赋予虚拟现实遥操作避障的功能，保障了虚拟现实遥操作的安全性.

关键词

机器人 / 遥操作 / 虚拟现实 / 场景重建 / 位姿映射