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互遥操作机器人帮助地球人“摸”到火星的岩石

文章来源:新华报业网 作者:【未知】 点击:次 时间:2018/1/12 11:13:52

东南大学人机交互遥操作机器人的力觉感知与反馈技术获国家技术发明二等奖。

互遥操作机器人帮助地球人“摸”到火星的岩石

该技术已在我国载人航天与探月工程中得到应用。新华报业视觉中心记者刘莉摄

机器人在火星如果触摸到一块岩石,地球上的人便可以身临其境般感知到这块石头的纹理和硬度!这不是科幻,而是近在眼前的科技。东南大学仪器科学与工程学院宋爱国教授领衔的《人机交互遥操作机器人的力觉感知与反馈技术》项目近日获得国家技术发明二等奖,该成果已在我国载人航天与探月工程中得到应用。

把机器人变成人的代理

在宋爱国的实验室里,有一个大型的机械臂,可以操纵远端机器人行动。而机器人遇到的阻力等各种与环境相互作用的力觉信息,又会及时反馈回来,使操作者能有效控制机器人完成复杂的任务。宋爱国说,这种人机交互,实际就是将人工智能引入机器人中,或者说把机器人变成人的代理或傀儡。

他描述了一个情景:当机器人在火星上行走,触摸到一块岩石,通过装在机器人指尖和关节间的传感器,可以将触觉和力觉反馈给地球上的人类,使人能身临其境感知到这块岩石的纹理如何、硬度如何。人类可以根据这些反馈,决定和操纵机器人下一步该如何行动。

这些说起来容易,技术难点却很多。最要命的是延时问题,从空间到地面的信号传递需要7秒,返回又是7秒,这段时间里,机器人可能已经来到了新的环境,假如遇到沟,就可能掉下去。为解决这个难题,宋爱国团队给机器人增加了自己判断危险的功能,当摄像头发现前方是危险环境,可以不听人的指令,自行减速或停下来进行自我调整,直到收到新的指令。同时,他们还建了一个虚拟模型,环境与真实的一样,通过同时操纵虚拟机器人和真实机器人,来获得及时反馈。而虚拟和真实环境的偏差,通过纠偏系统,一直控制在5%-7%以内。

20年研发出高精度力测量和力反馈控制系统

最难的还是如何精准测量出机器人的力觉和触觉。如果精度不够,就会出现这样的结果:机器人抓到的石头明明是坚硬的,反馈来的触觉却是如泥一般。这种偏差会直接导致人类无法决策。通过反复设计、计算和仿真,宋爱国团队用了整整20年,终于研发出高精度力测量和力反馈控制系统。

据了解,该成果为“嫦娥三号”月面巡视器和卫星在轨服务机器人的遥操作提供了技术与设备保障,为我国未来空间站舱外大型机械臂的人机交互遥操作任务完成了全面的地面试验验证。该成果还在核反应堆和核电站工程中得到应用,并在工业机器人、特种机器人、智能工程机械等领域得到应用和产业化。


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