项目名称人机交互力反馈遥操作机器人关键技术及应用
基于VR的机器人遥操作系统及其遥操作方法与相关技术
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。
国家奖获奖项目
张在宣(中国计量学院)，
金尚忠(中国计量学院)，
王剑锋(中国计量学院)，
张淑琴(杭州欧忆光电科技 国家质量
有限公司)，余向东(中国 监督检验
计量学院)，孙忠周(威海 检疫总局
北洋电气集团股份有限公
罗 毅(清华大学)，孙长Leabharlann 征(清华大学)，熊 兵(清
华大学)，王任凡(武汉电
信器件有限公司)，柴广跃
(深圳市恒宝通光电子有限
二等奖
高效视觉特征分析和压缩关键技术
王秋良（中国科学院电工 研究所），李 毅（中国 科学院电工研究所），夏 灵（浙江大学），许建益 （宁波健信核磁技术有限 公司），陈文波（深圳市 贝斯达医疗股份有限公 司），汪建华（武汉工程 王涌天（北京理工大 学），翁冬冬（北京理工 大学），刘 越（北京理 工大学），卢正刚（北京 水晶石数字科技股份有限 公司），杨 健（北京理 工大学），梁 萍（中国 宋爱国（东南大学），宋 光明（东南大学），李会 军（东南大学），崔建伟 （东南大学），胡成威 （北京空间飞行器总体设 计部），徐宝国（东南大 黄铁军（北京大学），田 永鸿（北京大学），段凌 宇（北京大学），陈维强 （青岛海信网络科技股份 有限公司），王耀威（北 京理工大学），陈 杰
公司)，阳红涛(武汉电信 工业和信
器件有限公司
息化部
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国家高技术研究发展计划863计划先进制造技术领域
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(可编辑)
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。
空间机器人地面遥操作的关键技术研究
三、地面移动机器人遥操作系统 的关键技术
1、无线通信技术：无线通信技术是实现远程操作的关键。例如，蓝牙、WiFi和4G/5G等技术，都可以用于传输控制指令和实时视频数据。
2、遥控技术：遥控技术是实现远程操作的基础。除了传统的遥控器外，现在 越来越多的系统开始使用智能手机或其他智能设备作为遥控器，提供更直观和 便捷的操作体验。
4、通信技术
通信技术是实现空间机器人地面遥操作的关键之一。在空间任务中，地面控制 中心需要通过通信技术将遥控指令传输给空间机器人，同时需要将空间机器人 的状态信息和环境感知数据传输回地面控制中心。因此，通信技术需要具备高 速、高可靠性、低延迟等特点，以满足实时性要求。目前，常用的通信技术包 括卫星通信、微波通信、激光通信等，其中卫星通信是最常用的通信方式之一。
四、未来发展趋势
随着技术的不断发展，地面移动机器人的遥操作系统也将不断进步。未来，我 们可以预见到以下几个发展趋势：
1、无线通信技术的进一步发展：未来的遥操作系统将更加依赖于高速、低延 迟的无线通信技术，如6G等。
2、人机交互的改进：通过增强现实、虚拟现实等技术，将使得操作者与机器 人的交互更加直观和自然。
参考内容
随着空间科技的快速发展，空间机器人已经成为了太空探索的重要工具。然而， 由于空间环境的复杂性和危险性，遥操作技术成为了空间机器人应用的关键技 术之一。本次演示将基于虚拟现实与局部自主的空间机器人遥操作技术进行研 究，旨在提高空间机器人的自主性和操作性，为太空探索提供更高效、更安全 的支持。
空间机器人地面遥操作的关键技术研究
01 引言
03 研究现状 05 结论
目录
02 关键技术 04 应用前景 06 参考内容
引言
随着空间科技的不断发展，空间机器人已经成为了探索和开发太空的重要工具。 空间机器人地面遥操作技术作为一种关键支撑技术，可以实现地面控制人员对 空间机器人的远程操控，提高空间任务的完成效率和精度，降低空间任务的危 险性。本次演示将介绍空间机器人地面遥操作的关键技术，包括遥控技术、传 感器技术、计算机技术和通信技术，并分析当前研究现状和未来发展趋势，同 时探讨空间机器人地面遥操作技术的应用前景。
遥操作机器人的新型力反馈算法
ｅ ｖｒｎ ｎ ，ｐ ｏ ｏｅ ｅ ｏｃ ｅｄ ａ ｋａｇｒ ｈ ｉ ｉｈ ｐｏ ｏｅ ｎ Ｒ ｙ ｔｍ ｄ ｎｉｃ ｔ ｎ ａｇ ｒｈ ｗｉ ｈ ｏｎ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔ ｒｐ ｓｄａｎ ｗ ｆｒｅｆｅ ｂ ｃ ｌｏｉ ｍ ｎｗｈｃ ｒｐ ｓｄ ａ ＢＦｓｓｅ ｉｅ ｔ ａｉ ｌｏ ｔｍ ｔ ｔｅｊｉｔ ｔ ｉ ｆ ｏ ｉ ｈ
ＨＯＵ ｌｎ — ｅ ，Ｚ ｉ ｇ ｗ ｉ ＨＡＯ Ｄｉ ｇ ｘ ａ ｎ — ｕ ｎ，ＧＯＮＧ Ｍｉｇ ｄ ，Ｃ — ｉ ｎ —ｅ ＵＩＹｕ ｘ ｎ
（ ｏｌ ｅｏ Ｃ ｌｇ ｅ ｆＭａｈｎｒ ｃ ｎｅ＆ Ｅ ｇｎｅｎ Ｊｌ ｎｖｒｔ，Ｃ ａｇｈ ｎ１０ ２ ，Ｃ ｉ ） ｃｉｅ Ｓｉ ｃ ｙ ｅ ｎ ｉｅｒ ｇ， ｉｎＵ ｉ ｓｙ ｈ ｎｃｕ ３０ ５ ｈｎ ｉ ｉ ｅｉ ａ
合 力进 行补 偿 。 实验证 明 ， 以液 压机构 为从 手 的双 向力反 馈 系统 中 ， 过 构 建干 扰 力补 偿 项 的方 法提 高力反 在 通
馈 效 果的 方法是 可行 的 ， 用的带有 干扰 力补偿 的 力反馈 算 法有效 地 消除 了重力 、 采 摩擦 力等 干扰 力 的影 响 ， 有助
第２ ８卷 第 ５期
２１ ０ １年 ５月
计 算 机 应 用 研 究
Ａ ｐ ｉ ａ ｉｎ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｐｌｃ ｔｏ ｓ ａ ｃ ｆＣｏｍｐｕ ｅ ｓ ｔ ｒ
Ｖｏ ＿ ８ Ｎｏ ５ ｌ２ ．
Ｍ ａ ２０ｌ１ ｖ
遥 操 作 机 器 人 的 新 型 力 反 馈 算 法
ａ ｇ ｅ ｓｉ ｐｕ ｎｄ ｔ ｏ ｃ ｎ ｌｓ ａ ｎ ｔａ ｈｅ ｆｒ ｅ ｗｈｅ ｈ ｏ ｏ ｓｕｎｏ ｄ ａ ｕ ｐ ｔ Ｗ ｉｈ ｓ ｈ ａ ｍｅｈｏ ｎ ｔ ｅ ｒ ｂ ｔｗａ ｌａ ｓｏ ｔ ｕ ． ｔ ｕｃ ｔ ｄ，ｅ ｉ ｎ ｔｄ ｔ ｅ ｄ ｎａ ｉ ｏ ｃ ｓｏ ｈ ｌｍｉ ａｅ ｈ ｙ ｍ ｃ ｆｒ ｅ ｆｔ ｅ
智造“顶天立地”的机器人——记东南大学电气仪器控制学部主任宋爱国
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
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。
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项目名称：人机交互力反馈遥操作机器人关键技术及应用
完成人：宋爱国，宋光明，李会军，唐鸿儒，崔建伟，赵国普，徐宝国，吴涓，李建清，卢伟，包加桐
完成单位：东南大学，扬州大学
项目简介：
人机交互力反馈遥操作机器人系统将人的知识智慧与机器人的适应性相结合，通过人与机器人之间传感与控制信息的交互，可以实现各种远地环境或危险环境中的复杂作业任务，是当前各发达国家竞相发展的高技术。
随着人机交互遥操作机器人在远程作业、远程监控、远程制造、远程医疗等领域的应用，迫切需要解决多个技术难题与技术瓶颈。
本项目针对人机交互力反馈遥操作机器人的力感知、力反馈、大时延控制和人机交互界面设计等关键技术，经过十多年系统深入的研究，突破了多项核心技术，研制成功人机交互遥操作的关键支撑设备，填补了国内空白，并在多个重要领域得到成功应用。
本项目的技术创新点：（1）提出了一种自解耦的机器人多维力传感器的敏感单元设计方法，从传感器的结构设计上有效降低了多维力传感器的维间耦合效应；提出了一种基于误差建模的多维力传感器解耦算法，提高了多维力传感器的测量精度，测量精度可达1%F.S.。
（2）提出了一种基于磁流变液控制的无源力觉再现方法，解决了大量程力反馈人机交互设备的体积大、惯性大与不安全问题，实现了大量程安全柔性的力触觉人机交互。
提出了一种基于并联机构的异构式机器人力反馈手控器设计方法，解决了力反馈手控器三维平动和三维转动之间运动与力的耦合问题，六维运动位置测量精度达1%F.S.，力反馈精度达2%F.S.。
（3）针对人机交互力反馈遥操作机器人在双边通讯环节上存在的短时延（≤2 秒）造成的不稳定问题，提出了力反馈遥操作机器人的多模式控制技术和自适应阻抗匹配无源控制算法，解决了短时延情况下力反馈遥操作机器人的稳定性和操作性问题；针对人机交互力反馈遥操作机器人在双边通讯环节上存在的大时延（>2 秒）造成的不稳定难题，提出了基于虚拟环境建模的力反馈遥操作机器人预测控制技术，给出了基于滑动最小二乘法的环境动力学参数在线辨识算法和模型滚动修正方法，解决了大时延情况下力反馈遥操作机器人稳定性和操作性问题。
（4）提出了以提高人的感知能力为目标的交互式力反馈遥操作机器人的多感知界面设计方法，并针对人机交互界面力触觉感知与视觉感知的协调同步问题，提出了一种分布式力触觉交互的快速计算算法和无源稳定性判据，实现了多感知通道人机交互方式下具有力觉临场感的遥操作。
本项目获国家发明专利授权33项；获实用新型专利授权5项；获计算机软件著作权2项。
发表论文186，其中SCI收录65篇，EI收录107篇，论文被他人引用1200多次，其中SCI他引375次，并在国际遥控机器人会议上作大会特邀报告。
本项目相关成果曾获2010年国家知识产权局中国专利优秀奖、2012年与2013年日内瓦国际发明金奖等。
本成果不仅在我国载人航天与探月工程中得到应用，而且在国内首次应用于核反应堆的安全巡检与应急处置。
该成果还在智能工程机械、工业机器人、大型泵站远程监控、野生动物探查保护等重要领域得到应用或产业化，取得了重大的社会效益和经济效益，近三年新增产值9.5117亿元，新增利税2.2199亿元，间接经济效益20多亿元。