受控制方法、人工智能和传感器技术水平的限制,当前阶段机器人难以自主完成在未知或复杂环境下的操作任务,遥操作机器人技术应运而生。人类通过操纵机器人可以达到克服距离和环境障碍的目的,在高危或难以到达的环境下完成精准的远程操作任务。遥操作机器人目前已被广泛用于远程医疗、空间探测以及核应用中,然而随着任务的复杂度和安全性需求的日益增长,传统由操作者直接操纵机器人运动的控制方法操作性能低、临场感差的问题凸显。在遥操作系统中,操作者能够在视觉、听觉和力觉的反馈下操纵主手完成各种动作,遥操作系统则控制安装在从端的机器人对操作者的运动进行复现。作为连接人和机器人间的媒介,遥操作系统性能决定了任务执行结果的好坏。本文针对遥操作系统设计所面临的几个问题,包括运动映射方法、人体运动特性的影响以及力反馈的引入,提出了相应的解决方法,具体工作包括以下几个方面:1.搭建遥操作系统并确立主从运动映射关系。对该系统选用的主、从手的结构特点进行建模分析,采用包络法和数值法分别求解出主、从手的工作空间。在此基础上,提出一种混联结构的手柄向串联机械臂的运动映射方法,该方法主要包括从人日常操作习惯中手眼一致原则衍生出的坐标系变换方法、主从位置映射和姿态映射方法,最终实现异构型主从系统的运动映射关系。2.在实现了运动映射的基础上,针对人徒手操作的局限性,进一步对遥操作运动辅助控制策略进行研究。该策略借助隐马尔可夫模型识别出操作者的运动意图,采用变比例控制的方式对操作者运动输入提供在线修正,削弱了操作者的运动误差。3.在不牺牲遥操作系统稳定性的前提下,提出采用环境参数在线估计的力反馈控制方案。该方案借鉴传统位置-位置控制方案稳定性好和位置-力控制方案临场感佳的优点,借助RLS算法实现了环境动力学参数的在线估计,从而将基于该模型的接触力反馈给操作者,从而提升操作者进行远程操纵的临场感。4.借助机器人操作系统搭建遥操作机器人的实验平台,借助该平台在实验中对以上算法进行验证,证明采用以上方法的遥操作系统能够在远程操作任务中提供给操作者良好的操控感。