防核防化侦察机器人人机交互技术研究

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侦察机器人是用于进入情况不明、人员无法接近或高度危险区域执行侦察任务的机器人,操作员通过人一机器人交互接口监视机器人的姿态和工作状态,远程操纵机器人从事侦察、采样和处理现场高危性事件等工作。本文结合霍英东教育基金项目“基于多传感器信息融合的遥操作机器人建模与控制技术”以及与南京军区装备部合作研制“远程遥控核化侦察机器人”的需要,重点研究了防核防化侦察机器人平台的开发、基于超声波和红外传感器的机器人测距系统的设计和基于VC++的人机界面的设计。   分析了防核防化侦察机器人的功能需求和机器人移动车体的设计,根据需要选择了用于定位导航、运动控制和侦察工作需要的传感器组件,建立了机器人的运动模型。设计了一个层次式的、具有模块化、网络化、局部智能等特点的电子系统硬件结构。提出了一个融合层次式控制体系和基于行为的控制体系优点的混合式半自主侦察机器人体系结构。   基于超声波和红外传感器的测距原理,设计了侦察机器人的多传感器测距系统,可测量10~500cm距离内存在的障碍物。采用超声波和红外两种传感器组成四组测距系统,采集机器人四个不同方位的障碍物信息,解决了单一传感器测距盲区的问题,介绍了该系统的软件和硬件设计。   针对目前人-机器人接口存在的命令输入不方便、显示信息意义含糊、临场感效果差等缺点,设计了具有安全性、专业性、适应性等设计要求的侦察机器人人机界面,通过它能够实时监视机器人运动状态、姿态、以及显示现场实时视频,方便操作员对车体的运动控制、路径规划、机械手的操作控制等。针对研制防核防化侦察机器人的需要,设计了一个操作员控制器,具有命令输入方便、模拟显示形象逼真、临场感好、交互性强的优点。
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