1、近年來(lái)，隨著科技的不斷進(jìn)步，人類的空間活動(dòng)逐漸頻繁，各國(guó)都積極開(kāi)展對(duì)深空和太陽(yáng)系的一系列探索計(jì)劃。由于太空環(huán)境十分惡劣，很多作業(yè)任務(wù)需要空間機(jī)器人去完成。然而由于空間環(huán)境的未知性和復(fù)雜性，機(jī)器人全自主式工作受到很多限制?；谌藱C(jī)交互設(shè)備的遙操作機(jī)器人系統(tǒng)安全穩(wěn)定，具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　為了滿足未來(lái)我國(guó)空間站的需要，本課題對(duì)遙操作機(jī)器人系統(tǒng)中的人機(jī)交互技術(shù)進(jìn)行了深入研究，并研制開(kāi)發(fā)了一套空間遙操作機(jī)器人地面實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，主要包括兩種

2、不同的人機(jī)交互設(shè)備（一個(gè)是基于Kinect，另一個(gè)是基于穿戴式數(shù)據(jù)手臂）、三維虛擬預(yù)測(cè)環(huán)境和人機(jī)交互軟件平臺(tái)等。該系統(tǒng)可以完成典型的空間遙操作作業(yè)任務(wù)，操作者在地面端使用人機(jī)交互設(shè)備能夠準(zhǔn)確地控制太空端的空間機(jī)器人，力覺(jué)和視覺(jué)的反饋增強(qiáng)了操作者的臨場(chǎng)感，提高了工作效率。
　　本課題的創(chuàng)新點(diǎn)在于:(1)在基于力反饋人機(jī)交互設(shè)備的空間遙操作機(jī)器人地面實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)解算模塊中引入了ROS（機(jī)器人操作系統(tǒng)）提供的KDL（運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力

3、學(xué)庫(kù)），它是基于數(shù)值計(jì)算方法的，通過(guò)不斷迭代，找到最合適的解。比傳統(tǒng)的解析方法運(yùn)算速度快，準(zhǔn)確性高，穩(wěn)定性好。KDL里的函數(shù)使用起來(lái)也簡(jiǎn)單方便。(2)三維虛擬預(yù)測(cè)環(huán)境涉及到對(duì)空間機(jī)器人、工作環(huán)境、目標(biāo)物體和力覺(jué)反饋等進(jìn)行建模，采用了3DS MAX和OpenGL相結(jié)合的建模方式對(duì)太空端場(chǎng)景進(jìn)行了高度仿真。還設(shè)置了虛擬攝像頭，可以從多個(gè)角度拍攝并顯示虛擬預(yù)測(cè)環(huán)境。(3)從三維點(diǎn)云圖中提取出目標(biāo)物體。先根據(jù)HSL色彩特征，濾除非相關(guān)的離群點(diǎn)，

4、再通過(guò)RANSAC算法（隨機(jī)抽樣一致性算法），從一堆包含“局外點(diǎn)”的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中，通過(guò)迭代的方式，估計(jì)目標(biāo)物體數(shù)學(xué)模型的參數(shù)，再與庫(kù)中的模型進(jìn)行匹配，最終得到目標(biāo)物體的幾何模型參數(shù)。(4)使用kinect對(duì)人體全身骨骼進(jìn)行追蹤，獲取各個(gè)骨骼關(guān)節(jié)點(diǎn)的位置信息，再通過(guò)人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)的旋轉(zhuǎn)矩陣計(jì)算各骨骼關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的角度。還設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)顯示操作者骨骼動(dòng)態(tài)圖的交互軟件。(5)計(jì)算手臂關(guān)節(jié)的歐拉角時(shí)引入了四元數(shù)的方法，把歐拉角轉(zhuǎn)換成四元數(shù)后，只要進(jìn)行