【機(jī)械類畢業(yè)論文中英文對(duì)照文獻(xiàn)翻譯】關(guān)于焊接遙控操作遙控機(jī)器人系統(tǒng)的多模態(tài)人機(jī)交互界面

【機(jī)械類畢業(yè)論文中英文對(duì)照文獻(xiàn)翻譯】關(guān)于焊接遙控操作遙控機(jī)器人系統(tǒng)的多模態(tài)人機(jī)交互界面,機(jī)械類畢業(yè)論文中英文對(duì)照文獻(xiàn)翻譯,機(jī)械類,畢業(yè)論文,中英文,對(duì)照,對(duì)比,比照,文獻(xiàn),翻譯,關(guān)于,焊接,遙控,操作,機(jī)器人,系統(tǒng),多模態(tài),人機(jī)交互,界面 外文資料翻譯1 關(guān)于焊接遙控操作遙控機(jī)器人系統(tǒng)的多模態(tài)人機(jī)交互界面 李海超，高洪明，吳林，張廣軍 摘要 在焊接遙控操作遙控機(jī)器人系統(tǒng)中，人機(jī)界面是提高生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率的一個(gè)最重要的因素，該論文提出了關(guān)于焊接遙控操作系統(tǒng)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)：焊接多模態(tài)人機(jī)界面。人機(jī)界面綜合幾個(gè)共同控制的控制模式，電教、遠(yuǎn)程監(jiān)控和地方自主控制?？臻g鼠標(biāo)，全景攝像頭和圖形仿真系統(tǒng)還融入了焊接遙控操作的人機(jī)界面．最后，焊縫跟蹤和焊接實(shí)驗(yàn)的馬蹄形焊縫都是由這些模式分別控制，結(jié)果表明，該系統(tǒng)在人機(jī)交互和復(fù)雜環(huán)境的焊接時(shí)具有更好的性能。 關(guān)鍵詞：多模態(tài)界面，控制模式，遙控機(jī)器人系統(tǒng)，焊接遙控操作 0 緒論 遠(yuǎn)程遙控焊接吸引了很多關(guān)注的核電廠，水下工程施工．焊接遙控系統(tǒng)由人類操作員(HO)，人機(jī)交互界面(HMI)，焊接遙控操作機(jī)器人系統(tǒng)和通信連接裝置。一般來說，HMI對(duì)HO來說是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)界面。目前，遙控機(jī)器人的HMI有以下問題：信息反饋的系統(tǒng)狀態(tài)是不夠的； HO的信息無法正確預(yù)計(jì)到偏遠(yuǎn)焊接環(huán)境；高級(jí)別接口如虛擬的不能提高系統(tǒng)效率． 多模態(tài)界面利用HO采用多通道并行互動(dòng)，這是基于視覺再現(xiàn)，聲音識(shí)別, 手動(dòng)命令輸入，視覺反饋和圖形仿真技術(shù)，制圖仿真技術(shù)。 Zaatri 提出的概念，多式聯(lián)運(yùn)執(zhí)行者界面，早期的遙控焊接研究在遠(yuǎn)端環(huán)境信息反饋上停留在宏觀的二維視覺反饋上。如加拿大Douglus Point核電站的核反應(yīng)堆泄漏事故中進(jìn)行的修補(bǔ)工作。此工程中使用雙機(jī)械臂遠(yuǎn)程遙控焊接修補(bǔ)泄漏處，負(fù)責(zé)任務(wù)執(zhí)行的機(jī)械臂一個(gè)裝載焊槍，另一個(gè)載有7臺(tái)攝像機(jī)從不同的視角進(jìn)行監(jiān)控_2 J。宏觀視頻監(jiān)控只能反饋二維視覺信息，操作者不能獲得深度信息，由于有多個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，操作者在操作遠(yuǎn)端的機(jī)器人時(shí)，易“迷失自我”，不易掌握攝像機(jī)、焊槍、工件三者之間的位姿關(guān)系，不易控制焊槍的移動(dòng)軌跡和姿態(tài)調(diào)整，增大了操作難度，易與環(huán)境發(fā)生碰撞。 一般來說，在機(jī)器人遙操作領(lǐng)域發(fā)展了視覺臨場(chǎng)感技術(shù)，其核心是立體視覺顯示技術(shù)，通過兩幅不同角度的圖像進(jìn)行交替顯示的方法來獲得遠(yuǎn)端環(huán)境的深度感覺，立體視覺顯示技術(shù)在焊縫跟蹤中具有重要作用。焊接操作中，操作者的注意力集中在電弧周圍的一個(gè)小區(qū)域中，視覺空間沿著焊接方向隨著焊槍一起移動(dòng)，立體視覺在此過程中提供給操作者具有深度感的信息，操作者可以隨時(shí)調(diào)整焊槍的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)與跟蹤焊縫的橫向偏差，保持一定適當(dāng)速度導(dǎo)引焊槍跟蹤焊縫，控制過程更加直觀有效，防止工具與環(huán)境發(fā)生碰撞。焊接機(jī)器人遙操作系統(tǒng)要求具有較高的軌跡跟蹤精度和焊接過程中的平穩(wěn)性。在開發(fā)焊接機(jī)器人遙操作系統(tǒng)時(shí)，合理的控制方法和控制策略能夠提高操作的靈活性。 本文在焊接機(jī)器人柔性加工單元的基礎(chǔ)上進(jìn)行深層次改造，采用我們自行開發(fā)的基于頁面交換模式的桌面式立體視覺系統(tǒng)對(duì)遠(yuǎn)端的焊接環(huán)境進(jìn)行顯示，空間鼠標(biāo)作為手控器直接對(duì)遠(yuǎn)端的焊接機(jī)器人進(jìn)行控制，提高了手動(dòng)跟蹤焊縫的精度，對(duì)于角焊縫、對(duì)接焊縫和空間曲線焊縫都能夠滿足手動(dòng)調(diào)整和跟蹤的要求。通過基于立體視覺的遙控示教方法進(jìn)行機(jī)器人軌跡規(guī)劃，最后，焊接實(shí)驗(yàn)和焊縫跟蹤對(duì)人機(jī)界面的性能測(cè)試。 1 焊接多模態(tài)人機(jī)交互界面設(shè)計(jì) 1.1一般方案 焊接遙控系統(tǒng)的實(shí)施是由接口在遠(yuǎn)程站點(diǎn)的焊接機(jī)器人控制軟件，視頻顯示系統(tǒng)，視覺傳感系統(tǒng)，圖形仿真系統(tǒng)，手控制器和通信連接裝置組成。 在立體圖像顯示系統(tǒng)中，為了保證兩幅具有視差的左右眼視圖是在同一時(shí)刻，對(duì)同一場(chǎng)景采集到的，要求用來采集現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境信息的一對(duì)2D攝像機(jī)具有外同步觸發(fā)功能。具有該功能的攝像機(jī)每次采集一幀圖像時(shí)，都需要外部同步電平信號(hào)的觸發(fā)，否則處于等待狀態(tài)。通常的做法是用一路視頻信號(hào)作為外同步信號(hào)來觸發(fā)另一路攝像機(jī)。在本系統(tǒng)中，利用左攝像機(jī)觸發(fā)右攝像機(jī)。具體做法是把從左攝像機(jī)采集到的視頻信號(hào)輸入到視頻分配器，在輸出端把一路視頻信號(hào)直接輸入到圖像采集卡，另選一路視頻信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)去觸發(fā)右眼攝像機(jī)。這樣，每當(dāng)左攝像機(jī)采集一幀圖像，就觸發(fā)右攝像機(jī)同時(shí)采集，從而保證左右攝像機(jī)采集到的圖像是同時(shí)刻采集的。 1.2焊接結(jié)構(gòu)的多模態(tài)人機(jī)界面 人機(jī)界面的功能結(jié)構(gòu)包括以下五個(gè)模塊： 參數(shù)設(shè)置，控制模式設(shè)置，手動(dòng)控制輸入，系統(tǒng)狀態(tài)顯示和視頻顯示。 根據(jù)不同的人機(jī)交互水平，焊接遙控分為手動(dòng)控制、共同控制，交互控制，監(jiān)督控制和自主控制在遙控焊接任務(wù)，控制策略可以看作是某種控制模式或幾個(gè)相結(jié)合的互動(dòng)控制模式。 在遠(yuǎn)程焊接時(shí)，有效的控制模式是手動(dòng)控制，遠(yuǎn)程和監(jiān)督的基礎(chǔ)上控制圖形環(huán)境和自主控制。 圖1中顯示主要界面，其中包括三個(gè)觀點(diǎn)：查看任務(wù)、控制期和視頻顯示，理想的控制模式和命令都可以通過鼠標(biāo)選擇。 手動(dòng)控制可連續(xù)生成命令，許多對(duì)話和彈出式菜單可以援引相結(jié)合并利用所有功能。 控制命令分別傳送到真正的機(jī)器人和傳感器系統(tǒng)圖形仿真系統(tǒng)。每個(gè)選定的模式調(diào)用一個(gè)彈出式菜單，可讓操作者修正參數(shù)和況人機(jī)合作，策劃開發(fā)了控制模式翻譯和命令解釋。 當(dāng)它作用時(shí)，用戶操作空間鼠標(biāo)遙控鼠標(biāo)的圖形環(huán)境。這個(gè)圖形環(huán)境得到機(jī)器人狀態(tài)信息和實(shí)時(shí)聯(lián)合值控制虛擬機(jī)器人。 圖1主窗口焊接多模態(tài)人機(jī)界面 2系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu) 在地方網(wǎng)站，物理結(jié)構(gòu)由全景視頻監(jiān)控，立體視頻顯示，圖形工作站，監(jiān)督的計(jì)算機(jī)和空間鼠標(biāo)組成。 在遠(yuǎn)程站點(diǎn)，這些組件的激光視覺傳感器，數(shù)碼變焦的攝像頭，雙眼立體攝影機(jī)，機(jī)器人控制器和TIG焊槍。通信連接裝置是基于TCP/IP協(xié)議和客戶端/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)模型。 在機(jī)器人控制器工程斷絕在監(jiān)管系統(tǒng)上運(yùn)行的操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)行SG1工作站的圖形系統(tǒng)。在六自由度和氬弧焊焊接機(jī)器人的焊接動(dòng)議。 3人機(jī)界面的實(shí)現(xiàn) 3.1激光視覺傳感的遠(yuǎn)程協(xié)助 如果焊縫是不規(guī)則或間斷。激光視覺傳感不能用于自主控制。然而，提取的特征點(diǎn)可用于聯(lián)合激光視覺傳感器的遠(yuǎn)程焊接路徑遠(yuǎn)程包括三個(gè)階段：制定焊縫類型、掃描聯(lián)合剖面和處理信息、教學(xué)焊接路徑。在人機(jī)界面的教參數(shù)設(shè)置，如焊接速度，插值模式和弧線位置，然后傳送的人機(jī)界面的聯(lián)合數(shù)據(jù)信號(hào)控制器。目前的位置和構(gòu)成發(fā)送到人機(jī)界面，并將它記錄在一個(gè)文件中。最后，整個(gè)焊接路徑是下載到遠(yuǎn)程控制器 3.2共同控制 共同控制意味著機(jī)器人自由度的自主控制系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，視覺傳感器的工程作為自主路徑規(guī)劃參加的焊槍位置與空間鼠標(biāo)。 人機(jī)界面進(jìn)行共享控制由是自由度分區(qū)和自由度融合這兩種方法 （1）自由度融合方法 和是規(guī)模因素，是速度的手動(dòng)控制，是驅(qū)動(dòng)器載體的自主控制。 （2）自由度分區(qū)方法 是自由度組成部分手動(dòng)控制命令； 是自由度組成部分視覺傳感器自主命令； 焊槍末端的驅(qū)動(dòng)矩陣△T可用得到。 關(guān)節(jié)角度和在下次循環(huán)的機(jī)械臂伺服可以通過逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解決。因此，驅(qū)動(dòng)器載體的空間鼠標(biāo)V和驅(qū)動(dòng)器載體D是相同的位置和焊槍的樣式。 3.3虛擬環(huán)境的計(jì)劃和控制 圖4顯示了進(jìn)程螺旋焊縫跟蹤和遙控焊接現(xiàn)場(chǎng)，在虛擬環(huán)境中，各功能模塊可以觀察手動(dòng)控制模塊通信模塊和虛擬環(huán)境標(biāo)定模塊的研制焊接環(huán)境。這些觀點(diǎn)在焊接路徑規(guī)劃可以執(zhí)行的研制焊接環(huán)境中也可以看到。因?yàn)檫@個(gè)錯(cuò)誤的虛擬環(huán)境校準(zhǔn)約2毫米。 圖2虛擬環(huán)境的計(jì)劃和控制 圖3實(shí)驗(yàn)過程 4 試驗(yàn)結(jié)果 遙控焊接任務(wù)可分為若干子和不同的控制模式，用于執(zhí)行特定的焊接，遠(yuǎn)程操作簡(jiǎn)便，并能彌補(bǔ)機(jī)械手的錯(cuò)誤。當(dāng)障礙存在，焊槍是調(diào)整共享控制。實(shí)驗(yàn)提出馬蹄形曲線焊縫遠(yuǎn)程協(xié)助激光視覺傳感器的表現(xiàn)，圖3顯示中工作過程，接頭工件的直徑是200毫米和100毫米，自動(dòng)變焦數(shù)碼攝像機(jī)和2眼立體視頻被用作視覺裝置，觀察環(huán)境和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。 由人機(jī)界面之間的執(zhí)行者，記錄特征點(diǎn)。焊接路徑文件發(fā)送到虛擬環(huán)境實(shí)時(shí)的人機(jī)界面。 5 結(jié)論 本文介紹的是先進(jìn)的多模態(tài)焊接遙系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)和實(shí)施。 操作員參加了不同層次的控制系統(tǒng)與人機(jī)界面的相互作用，人機(jī)界面結(jié)合全球決策能力的執(zhí)行者和焊接機(jī)器人系統(tǒng)的自主能力，由于非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的特殊性，焊接任務(wù)可由遠(yuǎn)程監(jiān)控基于虛擬環(huán)境和自主控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，人機(jī)界面可以有效顯示系統(tǒng)和環(huán)境的信息，它也增強(qiáng)了系統(tǒng)的性能和靈活性。