人在一定距離之外操控機器執(zhí)行任務(wù)的方式稱為遙操作。在機械智能化尚未滿足要求的今天,在一些危險環(huán)境如核工業(yè),采礦工作,排爆工作,太空探索等任務(wù)中,通過人的遠程參與控制機器,不僅可以保障操作人員的生命安全,還可以充分發(fā)揮人的主觀判斷和操作經(jīng)驗應(yīng)對突發(fā)狀況。視覺是人類獲取外界信息的最主要來源,對增強操作者對遠端現(xiàn)場態(tài)勢的把控十分重要,因此,針對遙操作視覺臨場感系統(tǒng)的研究越來越廣泛。然而,在立體視覺空間中,與現(xiàn)實世界中的相同距離判斷相比,感知的自我中心距離經(jīng)常被低估,即存在深度感知被壓縮的問題。本文針對遙操作視覺臨場感系統(tǒng)中存在的深度感知壓縮問題進行了研究,主要工作包括:（1）設(shè)計并完成了一套遙操作視覺臨場感實驗系統(tǒng)。系統(tǒng)為操作者提供立體視覺,增強操作者的立體感和沉浸感;實現(xiàn)頭部隨動功能,操作者可在本地通過頭部轉(zhuǎn)動控制遠程雙目相機拍攝的方向;實現(xiàn)了視頻無線傳輸,遠端視頻圖像可通過WIFI傳回本地;同時,搭配了一套可遙控移動機器人,用于遙控操作實驗。立體視覺采用雙目相機視頻采集和頭盔顯示的方法,視頻分辨率為1280×720,加入圖像處理算法后平均幀率為22幀;頭部隨動通過云臺載動雙目相機轉(zhuǎn)動實現(xiàn)... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖2-2雙目相機實物圖

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文8分辨率、雙目基線距離，以及雙目視頻同步有一定的要求。另外，由于相機架設(shè)在云臺上，在選型時應(yīng)該充分考慮相機的結(jié)構(gòu)和重量。綜合上述因素，最終選擇萊納機器視覺科技提供的HNY-003B型號定基線高幀率USB3.0高清雙目相機。該雙目相機感光元件為CMOS，圖像傳感器為AR0135，在擁有小尺寸和低成本的基礎(chǔ)上，仍然保持了高性能和高質(zhì)量全局快門的圖像采集能力。該雙目相機采用USB3.0接口（兼容USB2.0），支持UVC協(xié)議。相機單目視角場實測為78°，畸變小，較為貼合人眼舒適觀察視角。該雙目相機質(zhì)量為157g，實物圖如圖2-2。圖2-2雙目相機實物圖（2）高速云臺雙目相機載于高速云臺之上，并隨高速云臺轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。高速云臺是保證遠端攝像機拍攝方向與本地端操作人員觀察角度相一致的最主要部件。為了實時跟隨操作人員觀察方向，云臺至少具有兩個自由度，即垂直方向和水平方向，且兩個自由度上的最大角速度應(yīng)該大于操作員頭部正常轉(zhuǎn)動的角速度。經(jīng)過上述分析，選擇樂幻索爾科技司提供的兩自由度金屬舵機旋轉(zhuǎn)云臺作為系統(tǒng)隨動云臺，實物圖如下。圖2-3云臺實物圖云臺可提供水平和垂直兩個方向的自由度，其中水平轉(zhuǎn)動范圍為270°，垂直轉(zhuǎn)動范圍是90°，符合人頭部轉(zhuǎn)動范圍。7.4V供電電壓下，兩軸的轉(zhuǎn)動速度均為

第二章遙操作視覺臨場感系統(tǒng)設(shè)計9360°/s，大于人頭部的轉(zhuǎn)動速度。實測載重量為1kg，完全滿足載動雙目相機157g的質(zhì)量。（3）頭盔顯示器頭盔顯示器對立體視頻圖像顯示效果的好壞直接影響操作人員對現(xiàn)場環(huán)境的臨場感。本系統(tǒng)中選用上海樂相科技有限公司設(shè)計與研制的大朋E3立體顯示頭盔。頭盔重量（不含頭帶）約300g；具有對角線110度視場角，視野清晰范圍大；內(nèi)部集成了9軸慣性測量單元，能夠?qū)崟r捕獲操作者的頭部姿態(tài)；采用三星AMOLED顯示屏，分辨率達到1440*2560，刷新率70Hz；整體系統(tǒng)延遲小于20ms。其外觀圖如圖2-4所示。圖2-4大朋E3頭盔外觀圖片（4）主控板核心板主控核心板在本系統(tǒng)中負責(zé)雙目攝像頭視頻數(shù)據(jù)的采集、云臺舵機的方向控制，及與本地端的雙向數(shù)據(jù)傳輸。主控板硬件部分由：電源管理部分、微控制器最小系統(tǒng)、USB2.0轉(zhuǎn)換模塊、無線傳輸模塊構(gòu)成，主控核心板硬件如圖2-5所示。微控制器(STM32F101)USB2.0轉(zhuǎn)換模塊(Fe1.1s)無線傳輸模塊（WRTnode)攝像頭UARTWIFIUARTPWM主控板電源管理模塊圖2-5主控核心板硬件框圖

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于信息交互技術(shù)的遙控車極地條件信號處理研究[J]. 黃鵬飛,姜濤.  科技資訊. 2017(24)
[2]達·芬奇機器人手術(shù)系統(tǒng)及其研究進展[J]. 唐魯,李翠,李曉芳,田秀,蘇艷磊,王飛.  護理研究. 2015(16)
[3]嫦娥三號“玉兔號”巡視器遙操作中的關(guān)鍵技術(shù)[J]. 吳偉仁,周建亮,王保豐,劉傳凱.  中國科學(xué):信息科學(xué). 2014(04)
[4]基于虛擬3D視覺和力覺交互的SEM遙納操作系統(tǒng)[J]. 李東潔,榮偉彬,孫立寧,肖萬哲,鄒宇.  機器人. 2013(01)
[5]臨場感智能采灰器的設(shè)計[J]. 趙玉良,戚暉,張曉鵬,李健.  傳感器與微系統(tǒng). 2011(07)
[6]立體視覺臨場感系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)[J]. 胡海鷹,李家煒,王捷,劉宏.  光學(xué)技術(shù). 2006(S1)
[7]臨場感遙操作機器人綜述[J]. 劉寒冰,趙丁選.  機器人技術(shù)與應(yīng)用. 2004(01)
[8]基于視覺臨場感的機器人遙操作系統(tǒng)[J]. 徐旭明,葉榛,陶品,王洋.  高技術(shù)通訊. 2000(03)
[9]基于多通道增強現(xiàn)實的機器人遙操作技術(shù)研究[J]. 丑武勝,孟偲,王田苗.  高技術(shù)通訊. 2004 (10)

博士論文
[1]排爆機器人遙操作性能研究[D]. 曾建軍.上海交通大學(xué) 2010

碩士論文
[1]基于感興趣區(qū)域（ROI）分割的雙目定位系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 劉遠遠.重慶大學(xué) 2018
[2]基于KCF跟蹤算法的目標軌跡記錄系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 張乘龍.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院沈陽計算技術(shù)研究所) 2017
[3]基于增強現(xiàn)實技術(shù)的遙操作方式設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 林淵.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[4]基于增強現(xiàn)實技術(shù)的移動機器人遙操作系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 李國梁.山東大學(xué) 2015
[5]基于ORB算法的雙目視覺測量與跟蹤研究[D]. 劉銘.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[6]雷管引信炸藥裝填高度的立體視覺測量研究[D]. 祁歡.長春工業(yè)大學(xué) 2014
[7]水面無人艇視覺臨場感遙操控技術(shù)研究[D]. 王詩強.哈爾濱工程大學(xué) 2014
[8]基于雙目立體視覺立體匹配算法研究與應(yīng)用[D]. 黃承亮.南京理工大學(xué) 2013



本文編號：3392936