遥操作机器人是一类非常实用的机器人,广泛应用于空间探测、海洋探测、危险环境作业等领域。基于虚拟现实的机器人遥操作,是将虚拟现实技术应用到遥操作机器人上,来解决遥操作中存在的某些特殊问题的一种较好的方法。本论文主要的研究内容分为三个部分:网络环境下的通信延迟研究,虚拟现实技术应用研究,遥操作机器人系统结构研究。 本文对遥操作中的通信延迟进行了研究,分析了TCP/IP网络环境下导致通信延迟产生的多种因素,指出了网络通信延迟的根本原因,并给出在现有网络基础上解决延迟的三类方法:减小和消除随机延迟;将随机延迟转换为固定延迟;设计具有处理时变延迟能力的机器人控制器来解决通信延迟问题。本文所给出的演示系统中采用了第一、第二类解决方法。 虚拟现实技术是近些年来兴起的一种人机交互技术,应用于机器人中可以使操作人员具有身临其境的感觉。本文对虚拟现实技术的探讨,主要集中在虚拟现实在遥操作机器人系统中的作用,以及应用的方式和方法,并给出了机器人几何建模的方法。 遥操作机器人系统的典型结构为三部分,操作端、通信系统、远程机器人,其各个部分的功能则受多种因素影响,尤其是遥操作的方式。一个集成了两种或者两种以上遥操作方式的机器人系统,其操作端和远程机器人端的功能必然有重叠部分,文中将各部分所具有的功能分为基本功能和扩展功能。基于网络的遥操作机器人系统,本质上是一个分布式计算系统,所以相应的软件必然是分布式应用软件。 最后,在以上研究成果的基础上,我们研发了基于虚拟现实的网络遥操作机器人软件系统,并进行了相应的实验。其中,通信系统采用COM/DCOM技术和Socket套接字来实现,并根据实际需要,设计了一种专用于遥操作机器人的网络应用层通信协议VRSCP(Virtual Robot System Communication Protocol)。客户端软件利用OpenGL绘制机器人三维模型完成利用虚拟现实技术进行仿真的功能,并给出一个机械臂的空间路径规划算法。在服务器端则实现机器人控制器的主要功能,如轨迹生成、插补和基于PID控制的伺服控制器。