隨同著科技開展、社會先進(jìn)，人類對未知領(lǐng)域的摸索不斷深入，可能取代人類停止危險、卑劣情況功課的遙操縱機器人技巧愈來愈成為研討的熱點[1]。19世紀(jì)40年月，美國阿爾貢國立實驗室ANL(ArgonneNaTIonalLaboratory)制造的用于核情況的Model-M1型機械式主從操作手可作為遙操縱機器人的發(fā)端。20世紀(jì)60年月初期，美國與法國的水師起頭正在潛水艇上裝置遙操作手跟攝像機停止深水功課，將遙操縱技巧使用于海洋；70年月當(dāng)前，研制出登岸火星的遙操縱機器人；80年月終90年月初，以加拿大SPAR公司制作的20m少的遙操縱臂RMS(RemoteManipulatorSystem)為代表呈現(xiàn)了幾種十分有名的空間遙操作系統(tǒng)。21世紀(jì)以來信息網(wǎng)絡(luò)化的開展，促使研究者將收集跟遙操縱機器人技術(shù)相結(jié)合，為遙操縱機器人技巧帶來了極大厘革[2-4]。今世數(shù)字圖像信息作為最緊張的信息之一被愈來愈普遍天利用，人們獲取信息的70%來自視覺體系，也就是說正在一切多媒體數(shù)據(jù)中，圖象供給的信息量最多，將機器人卑劣情況的功課環(huán)境以圖象的情勢及時反應(yīng)給控制室，控制者經(jīng)由過程圖象取得更多的現(xiàn)場信息，這類遙操縱機器人中的視頻監(jiān)控技巧取得普遍的使用跟研討[5-6]。采取進(jìn)一步提高反應(yīng)視頻猜測精度的壓縮算法，目標(biāo)就是以盡量少的bit數(shù)來表征圖象，同時連結(jié)回復(fù)圖象的質(zhì)量，使圖象正在收集上傳輸延時正在容許規(guī)模內(nèi)，制止操作者果延時發(fā)生的誤操作[7-9]。雖然取舍得當(dāng)?shù)膲嚎s算法，可能知足圖象傳輸要求，可以加重圖象存儲跟傳輸?shù)某袚?dān)，可是正在工業(yè)生產(chǎn)中須要機器人的正確功課(如焊接機器人焊接時焊縫必需精準(zhǔn)無誤)[10-11]。是以，節(jié)制下令若何正在收集介質(zhì)里實現(xiàn)快捷傳輸、精確抵達(dá)、實時處理，檢測機器人的功課精確度使機器人能對誤操作實時做出調(diào)劑的技巧問題成為遙操縱機器人范疇新的應(yīng)戰(zhàn)。1體系整體布局針對以上環(huán)境，本文提出采取樹立尺度坐標(biāo)系使仿真機器人跟反應(yīng)視頻正在統(tǒng)一界面融會的方式，仿真模型預(yù)演功課使命而反應(yīng)視頻則跟蹤其軌跡停止功課，經(jīng)由過程二者比照及時發(fā)現(xiàn)機器人功課環(huán)境，一旦越界違規(guī)連忙終止。操作者也能依據(jù)二者的比力相識現(xiàn)場情況，如呈現(xiàn)障礙物或機器人傷人事宜時，連忙做出下一步下令以制止危險產(chǎn)生。體系整體布局如圖1所示。詳細(xì)事情流程：攝像頭收羅真實機器人的視頻數(shù)據(jù)傳遞到服務(wù)器端圖象采集卡的靜態(tài)內(nèi)存中對其停止緊縮，視頻數(shù)據(jù)壓縮后經(jīng)收集傳輸送到客戶機端。客戶機對數(shù)據(jù)停止解壓、復(fù)原、顯現(xiàn)、正在仿真模子界面顯示視頻使二者融會，同時客戶機實現(xiàn)操作界面順序編寫。操作界面包羅視頻融會模塊、視頻處置懲罰模塊跟節(jié)制模塊。視頻融會模塊對視頻停止響應(yīng)的坐標(biāo)變更后使其同仿真機器人正在一個界面上重合顯現(xiàn)。視頻處置懲罰模塊包羅視頻縮小、視頻縮小、視頻保留、翻開視頻、視頻截圖、存位圖、存JPEG圖、翻開位圖、翻開JPEG圖等功用。仿真三維平面模子采取3DSMAX樹立，正在OPENGL編程情況下對其停止響應(yīng)的繪制及節(jié)制。反應(yīng)視頻數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮、傳輸、解壓、響應(yīng)的坐標(biāo)變更及比例縮放后正在客戶端顯現(xiàn)。服務(wù)器實現(xiàn)視頻收羅、緊縮、存儲、傳輸?？蛻魴C實現(xiàn)仿真模子節(jié)制、解壓、顯現(xiàn)視頻，和對視頻停止響應(yīng)的縮小、縮小、截圖、保留。因為收集傳輸存在延時，并且這類延時除傳輸指定距離所需的流動延時及指令履行延時中，另有一些隨機擾動延時，若是這類延時沒有可能及時發(fā)現(xiàn)，操作者依據(jù)視頻反應(yīng)會做出錯誤判斷。依據(jù)這類環(huán)境正在客戶端繪制接收數(shù)據(jù)字節(jié)曲線，可形象直觀天窺察到收集情況對視頻傳輸?shù)挠绊?，如圖2所示。
節(jié)制模塊如圖3所示，包羅每一個樞紐的啟動、終止按鈕、速率輸出及速率變量輸出顯現(xiàn)。
2仿真模子樹立及視頻融會實現(xiàn)2.1通訊樹立與視頻傳輸采取3DSMAX樹立MOTOMAN機器人三維仿真機器人模子后，采取DeepExplortaTIon轉(zhuǎn)換軟件轉(zhuǎn)換成VC代碼，正在VC的工程設(shè)置中參加OPENGL的鏈接庫，樹立工程并挪用轉(zhuǎn)化的仿真機器人代碼。正在創(chuàng)立、裝入、相乘模子變更跟投影變換矩陣時皆用到倉庫操縱，一般來說，矩陣倉庫常用于機關(guān)存在繼承性的模子，即由一些簡略方針組成的龐大模子。MOTOMAN機器人仿真模子中，龐大的機器手臂是由多個簡略的長方體根據(jù)繼續(xù)關(guān)聯(lián)組成的，而這類繼續(xù)關(guān)聯(lián)由矩陣倉庫次序決意。機器手臂、樞紐、底座均依照實際機器人的比例停止響應(yīng)縮放。劃定好了底座的坐標(biāo)系后，其他樞紐、手臂則依據(jù)自身的平面尺寸便能計較出坐標(biāo)地位停止繪制。本機器人模子由3層支持底座、4個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、1個橫梁、1個豎柱、手爪及其他一些零部件組成，仿真機器人模子如圖4(a)所示。它的繼承性顯示正在當(dāng)末尾執(zhí)行器手爪運動時(如垂直回升)，起首是樞紐3向上啟動，然后樞紐2向手爪標(biāo)的目的遷移轉(zhuǎn)變，接著是樞紐1微轉(zhuǎn)，全部機器人垂直平移，如斯停止下去，全部機器人調(diào)和共同連結(jié)末尾執(zhí)行器(手爪)垂直回升。三維模子正在OPENGL中的顯現(xiàn)流程是：世界坐標(biāo)系中的三維物體經(jīng)三維幾何變換后投影并停止三維裁剪及視口變更，最初正在屏幕坐標(biāo)系中顯現(xiàn)圖形。
2.3視頻融會及節(jié)制實現(xiàn)仿真機器人底座視點坐標(biāo)系肯定后，視頻機器人依據(jù)仿真機器人的巨細(xì)停止縮放繪制，使底座同仿真機器人底座正在一個坐標(biāo)地位。視頻中機器人的其他部門同底座一樣停止響應(yīng)的映射，是以，初始時辰視頻跟仿真模子的樞紐、視角地位是根本重合的。視頻融會界面經(jīng)由過程VC控件SLIDER調(diào)節(jié)視頻透明度，操作者依據(jù)實際環(huán)境取舍清晰度，也可以將反應(yīng)視頻設(shè)置成完整通明(此時只能看到模子而看不到視頻)。本仿真機器人正在OpenGL三維編程中實現(xiàn)3DSMAX數(shù)據(jù)模型的程序控制。3DSMAX是一種輕便快速的建模軟件，比同類軟件進(jìn)一步美滿了建模功用，更側(cè)重于龐大模子的建模，可以很簡單地用C＋＋跟OpenGL聯(lián)合實現(xiàn)圖形學(xué)算法，再把本算法作為插件嵌入3DSMAX情況中，而不消思量物體模子的天生跟處置懲罰的龐大代碼，應(yīng)用3DSMAX的襯著計時器可以便利天檢驗所編算法的服從跟后果[12]。正在仿真機器人建造時應(yīng)遵守一個準(zhǔn)則：正在可能保障視覺效果的條件下，盡量采取比較簡單的模子，并且若可能用參數(shù)化方式構(gòu)建的工具盡量用參數(shù)化方式構(gòu)建。同時，正在模子創(chuàng)作進(jìn)程中，對模型停止宰割、自力建模，以利于停止操縱跟考查。仿真機器人視頻融會前后對好比圖4所示。控制程序?qū)崿F(xiàn)仿真模子節(jié)制，節(jié)制進(jìn)程是：按下響應(yīng)操縱按鈕，2個線程同時運轉(zhuǎn)，1個線程將控制指令傳遞到仿真模子使虛構(gòu)機器人運動，另1個線程將節(jié)制下令經(jīng)由過程收集傳輸送到服務(wù)器節(jié)制真實MOTOMAN機器人實現(xiàn)同等功課。正在仿真模子跟視頻融會界面中，模子走過的軌跡正在順序中用紅線標(biāo)定(為便利觀察者，白色軌跡線采取10個像素的細(xì)實線繪制)，反應(yīng)視頻隨后跟蹤此軌跡運轉(zhuǎn)，操作者窺察視頻中機器人的運轉(zhuǎn)環(huán)境并斷定運轉(zhuǎn)是不是達(dá)標(biāo)及決議計劃下一步。該視頻融會方式使用于遙操縱機器人體系中，可能使控制者精確斷定機器人功課精準(zhǔn)度，同時將傳統(tǒng)的遙操縱機器人視頻監(jiān)控及仿真猜測相結(jié)合，提出將視頻融會使用于遙操縱機器人技巧中。試驗結(jié)果表明，這類方式關(guān)于精準(zhǔn)度要求下的機器人體系十分實用，未來可以將該視頻融會方式拓展正在搶險救災(zāi)、災(zāi)情查詢拜訪、工程運轉(zhuǎn)、水利監(jiān)測、鄉(xiāng)村查詢拜訪中，除能對現(xiàn)場實現(xiàn)監(jiān)測錄相、圖象傳輸?shù)裙τ弥?，借可以比力猜測與實際的差別。
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