| huozm32831 |
2023-11-24 16:37 |
人类对于遥操作系统的憧憬由来已久，多部电影和著作中，都对于这种人类远程控制机器人加注了非常多的笔墨。几十年的研究和开发，加上不断改进的技术性能和更低的组件成本相结合，使昨天的科幻小说开始快速成为现实。
当前，遥操作系统正更频繁地出现在产业界和学术成果中。无论是近来异常火爆的QIBBOT拳击机器人等产品，还是在学术研究中成果频出的沉浸式灵巧手系统，遥操作已经快速打开了人们无限的想象空间，引起了研究者和产业界极大的兴趣。
▍遥操作系统价值愈发凸显
从技术上来说，一个合格的遥操作系统主要由感知系统和控制系统两大部分组成。其中，感知系统主要采用深度视觉人类行为感知和多模态数据手套等方式，实时感知人的手臂和手的运动姿态信息。控制系统则主要包括智能控制器、拟人机械臂和灵巧手，用于实现动作的复现。
在感知系统和控制系统中间，智能控制器是这一平台运行的核心。其作用主要是通过局域网实现感知系统和控制系统之间的数据通信，使实时感知到的人体手臂和手臂运动姿态信息进行数据融合处理，并智能控制拟人机械臂和灵巧手，进而稳定可靠地完成拟人化作业功能。
因此，本质上而言，人机交互遥操作机器人指依托于高速通信网络，通过各种传感设备，测量人肢体的运动信息，并作为控制指令，去控制机器人的运动与操作，同时再将机器人的视觉、力觉、触觉等各种感觉反馈给人，实现人与机器人的深度耦合。
然而遥操作系统的技术原理听起来简单，但要实现的难度却相当高。感知系统、控制系统、控制平台这三方面的不同方案，会影响系统的延时性和可靠性。由于遥操作系统的核心就是临场感程度，也就是机器人的视觉、力觉、触觉等各种感觉如何能第一时间能反馈给人，使人“身临其境”，同时也要通过各种传感设备收集人的动作、力度等数据，实时且精确控制远端机器人的运动，因此这必然需要硬件和算法的强大适配度。
以目前产业界和科研领域应用较为广泛的硅步Shadow 遥操作系统为例，Shadow 遥操作系统包括单臂和双臂两个版本，该系统硬件和软件开发生态上位于行业领先水平，具有典型的低延时、高动态响应特征，并已经形成了一套成熟的遥操作系统解决方案，能为国内用户提供完善的解决方案。
该系统集成了Shadow灵巧手，选配UR10e 机械臂及其控制柜等部件，由于Shadow灵巧手基于先进的磁力三维传感器机器人技术，具有明显的低延迟特征，Shadow Glove则能很好模仿人类手臂和手的运动，可以实现更高的灵活度与精准性。在此基础上，再借助HTC Vive Tracker 和 Vive Base Stations，才能高度直观地再现人类动作，使远距离精确、灵巧地进行作业任务成为可能。
综合而言，目前硅步提供的这套Shadow 遥操作系统，有着精确的运动学和动力学模型，通过将人类手部的运动情况转化为机械手能够解读的信号，从而实现远距离操控机械手运动，并且在此基础上借助力反馈等设备的加持，亦可以将机械手所获取到的触觉感知反馈给操作员，通过这样的双向反馈以获得更好的运动表现。 |
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