《虚拟现实远程操作机器人》

  • 来源专题:可再生能源
  • 编译者: pengh
  • 发布时间:2017-10-13
  • 某些行业传统上没有远程办公的奢侈。例如,许多制造业工作需要有实体的存在来操作机器。

    但是,如果这样的工作可以远程完成呢?上周,麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的研究人员展示了一种虚拟现实(VR)系统,该系统可以让你用Oculus Rift头戴式耳机来遥控机器人。

    该系统将用户嵌入一个虚拟现实控制室,里面有多个传感器,让人感觉就像是在机器人的头部。通过使用手动控制器,用户可以将他们的动作与机器人的动作相匹配来完成各种任务。

    这样的系统最终可能会帮助人类从远处监督机器人,”CSAIL博士后Jeffrey Lipton说,他是一篇有关该系统的论文的主要作者。“通过远程操作机器人,蓝领工人将能够远程上下班,并从IT革命中获益,就像白领工人现在所做的那样。”

    研究人员甚至认为,这样一个系统可以通过“游戏化”的制造岗位来帮助增加失业的视频游戏玩家。

    该团队使用了百特人的人形机器人,重新思考机器人技术,但表示它可以在其他机器人平台上工作,而且与HTC Vive头戴设备兼容。

    Aidan Fay与CSAIL的负责人丹尼尔和研究人员Aidan Fay共同撰写了这篇论文。他们在最近的ieee/rsj国际会议上发表了这篇论文,在温哥华的智能机器人和系统会议上。

    传统上有两种主要的方法来使用VR进行远程操作。

    在一个直接的模型中,用户的视觉直接与机器人的状态相连接。有了这些系统,延迟的信号可能会导致恶心和头痛,而用户的观点只能局限于一个角度。

    在一个网络物理模型中,用户与机器人是分开的。用户与机器人和环境的虚拟副本进行交互。这需要更多的数据和专门的空间。

    CSAIL团队的系统介于这两种方法之间。它解决了延迟问题,因为用户不断收到来自虚拟世界的视觉反馈。它还解决了与机器人截然不同的网络物理问题:一旦用户戴上耳机,登录系统,他们就会觉得自己在Baxter的脑袋里。

    这个系统模仿了人脑的“人类大脑”模式——大脑中有一个小的人控制着我们的行为,查看我们看到的图像,并对我们进行理解。虽然这对人类来说是一种特殊的想法,但对于机器人来说却很合适:机器人内部是一个虚拟的控制室里的人,通过它的眼睛和控制它的动作。

    通过使用Oculus的控制器,用户可以与虚拟空间中出现的控件进行交互,从而打开和关闭手抓手,来获取、移动和获取物品。用户可以根据胳膊的位置标记和手的距离来规划动作,同时查看手臂的实时显示。

    为了使这些运动成为可能,人类的空间被映射到虚拟空间中,然后虚拟空间被映射到机器人空间中,以提供一种共点的感觉。

    与之前需要很多资源的系统相比,系统也更加灵活。其他系统可能从每个摄像头中提取二维信息,构建一个完整的环境三维模型,然后处理和重新显示数据。相比之下,CSAIL团队的方法绕过了所有这一切,只需要将显示在每个眼睛上的2-d图像进行处理。(人脑通过自动推断3-d信息来完成剩下的工作。)

    为了测试这个系统,团队首先让Baxter做了一些简单的任务,比如拿起螺丝或钉住电线。然后,测试用户通过远程操作机器人来获取和堆叠积木。

    与直接模型相比,用户成功完成任务的速度要高得多。意料之中的是,拥有游戏体验的用户对这个系统更加轻松。

    在当前最先进的系统测试中,CSAIL的系统在95%的时间内都能更好地掌握对象,而在完成任务时则要快57%。该研究小组还表明,该系统可以在数百英里以外的地方对机器人进行操控;测试包括在华盛顿的一家酒店的无线网络上对Baxter进行了控制。

    “这一贡献代表了一个重要的里程碑,在努力将用户与机器人的空间联系起来,以一种直观、自然和有效的方式。Oussama Khatib说,他是斯坦福大学的一名计算机科学教授,他没有参与这篇论文。

    该团队最终希望将重点放在使系统更具可扩展性上,有许多用户和不同类型的机器人可以与当前的自动化技术兼容。

    该项目部分由波音公司和美国国家科学基金会资助。

    ——文章发布于2017年10月11日

相关报告
  • 《新型“电子皮肤”让人与虚拟现实互动更真实》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2019-11-05
    • 德国亥姆霍茨德累斯顿—罗森多夫研究中心(HZDR)和奥地利林茨大学合作,率先开发出一种可同时处理非接触和直接接触刺激的电子传感器。该传感器可轻松用于人体皮肤,让人与虚拟或增强现实环境更直观、自然地互动。   皮肤是人体最大的器官,功能丰富。它不仅可以在几秒钟内区分刺激,而且可以在很宽的范围内对信号强度进行分类。HZDR离子束物理和材料研究所的丹尼斯·马卡洛夫博士和林茨大学软电子实验室的马丁·卡滕布伦纳教授成功制成了具有类似特性的“电子皮肤”。   据介绍,新型传感器可以极大地简化人机之间的交互。马卡洛夫说:“虚拟现实应用正变得越来越复杂。所以我们需要结合不同交互方法的连接设备。”以前的系统只能通过实际触摸或非接触技术手段跟踪对象来运行。现在,这两个途径首次在传感器上结合在一起,称之为“磁性微机电系统”(m-MEMS)。   HZDR华人科学家葛进解释说:“我们的传感器处理不同区域中非接触和触觉相互作用的电信号”,可以实时区分刺激源,并隐藏其他来源的影响。   为制造这种“电子皮肤”传感器,研究人员进行了不寻常的设计:他们首先在晶圆聚合物膜上连接了一个巨磁电阻的磁传感器,该膜封闭了恰好位于第二硅基聚合物层中间的孔,在这个圆形凹槽中插入了一个永磁铁。   马卡洛夫说,这种结构能让传感器保持极高灵活性,即使在弯曲条件下,也可以正常工作。实验表明,传感器可以有针对性地控制物理和虚拟物体,研究人员将虚拟按钮投射到一块装有永磁体的玻璃板上,可以显示真实条件,例如室温、亮度或操控。通过与永磁体的相互作用,能够选择期望的虚拟功能。   研究人员说,以前需要多次交互的一项操作可能缩减为一次。卡滕布伦纳称:“这听起来似乎是很小的进步,但从长远来看,可以在此基础上建立更好的人机界面。”例如,除了虚拟现实外,“电子皮肤”也可以在无菌环境中使用。外科医生可以使用传感器来操作医疗设备,而在治疗过程中无需接触,这将降低污染的风险。
  • 《虚拟现实技术之宇龙软件在数控加工运用 》

    • 来源专题:数控机床——前沿技术
    • 编译者:杨芳
    • 发布时间:2016-06-28
    • 1.虚拟现实技术   虚拟现实技术(VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它利用计算机生成一种模拟环境是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中[1]。   1.1虚拟现实ABC   虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向;是仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术的集合;是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域[2]。   虚拟现实技术(VR)主要包括:模拟环境、感知、自然技能和传感设各等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外,还有听觉、触觉、力觉、运动等感知,甚至还包括嗅觉和味觉等,也称为多感知。自然技能是指人的头部转动,眼睛、手势、或其他人体行为动作,由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据,并对用户的输入作出实时响应,并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。   1.2虚拟现实特性   虚拟现实特性包括:多感知性、沉浸感、交互性、自主性、构想性等。   1.3虚拟现实技术应用   虚拟现实技术可应用于:医学娱乐、军事航天、室内设计、房产开发、工业仿真、应急推演、文物古迹、游戏、Web3、道路桥梁、地理、教育、演播室、水文地质、维修、培训实训、船舶制造、汽车仿真、轨道交通、能源领域、生物力学、康复训练、数字地球等等。   1.3.1工业仿真   虚拟现实已经被世界上一些大型企业广泛地应用到工业的各个环节,对企业提高开发效率,加强数据采集、分析、处理能力,减少决策失误,降低企业风险起到了重要的作用。虚拟现实技术的引入,将使工业设计的手段和思想发生质的飞跃,更加符合社会发展的需要,可以说在工业设计中应用虚拟现实技术是可行且必要的。   1.3.2数控加工仿真软件   工业仿真所涵盖的范围很广,从简单的单台工作站上的机械装配到多人在线协同演练系统。虚拟制造/虚拟设计/虚拟装配(CAD/CAM/CAE)、教学、培训就是其应用领域。而数控加工仿真软件在数控职业教育领域就是非常好的运用。   2.上海宇龙软件之数控加工仿真系统   2.1宇龙数控加工仿真系统简介   上海宇龙软件工程有限公司2000年在上海市张江高科技园区成立,基于微机上的虚拟现实技术,以开发数控加工、汽车维修、机电控制等职业技能实训和考核的仿真软件产品作为主要发展方向。主要开发数控加工、汽车维修、机电控制等操作技能类仿真实训软件。该公司与天津工程师范学院合作开发的基于虚拟现实的《数控加工仿真系统》于2001年投放市场,是目前市场占有率极高的数控加工仿真软件系统之一。该系统可以实现对数控铣(含加工中心)和数控车加工全过程的仿真,其中包括毛坯定义与夹具、刀具定义与选用、零件基准测量和设置、数控程序编辑和调试、加工仿真以及各种错误的检测功能。数控加工仿真系统分网络版和单机版两种版本发行。其公司《数控加工仿真系统》是一个应用虚拟现实技术于数控加工操作技能培训和考核的仿真软件。采用数据库统一管理刀具材料和性能参数库,提供车床、立式铣床、卧式加工中心和立式加工中心,以及机床厂家的多种常用面板,具备对数控机床操作全过程和加工运行全环境仿真的功能。在操作过程中,具有完全自动、智能化的高精度测量功能和全面的碰撞检测功能,还可以对数控程序进行处理。为了便于教学和鉴定工作的进行,本系统还具有考试、互动教学、自动评分和记录回放功能。   2.2数控加工仿真系统基本功能:   2.2.1机床与控制系统   数控加工仿真系统提供车床、立式铣床、卧式加工中心和立式加工中心,以及机床厂家的多种常用面板;制系统有FANUC 0,FANUC 0i,FANUC Powermate 0,FANUC 0i Mate,Siemens 810D,Siemens 802D,Siemens 802S/C,PA8000,三菱、大森、华中数控,广州数控,华兴、凯恩帝等   2.2.2丰富的刀具材料库   采用数据库统一管理刀具材料和性能参数库,刀具库含数百种不同材料和形状的车刀、铣刀,支持用户自定义刀具以及相关特征参数。   2.2.3机床操作全过程仿真   仿真机床操作的整个过程:毛坯定义、工件装夹、压板安装、基准对刀、安装刀具、机床手动操作等仿真。   2.3宇龙软件编程2个加工实例   2.3.1圆柱仿真加工(见图一)   1号刀为外圆90度右偏刀   2号刀为刀宽为5mm的切断刀   编程原点设为工件端面的中心,以下数字单位均为毫米(数字如不保留小数点后1位则为微米)   靠近工件为负方向,远离工件为正方向(进给负方向,退刀正方向)   图一材料定义为直径30毫米毛坯   输入以下程序(见图二):   O1234; (程序名)   M03S500; (M03:主轴正转,S500:500转/分)   T0101; (选择1号刀具,执行1号刀补)   G00X35.0Z2.0; (快速运动到直径为35.0,Z方向离原点2.0)   G01X28.0F0.5; (X方向移动到直径28.0,以0.5mm/转速度移动)   G01Z-30.0F0.2; (Z方向走刀切削至-30.0,以0.2mm/转速度切削)   G01X40.0; (X方向退刀至直径40.0)   G00Z50.0; (Z方向快速退刀至50.0)   T0202; (选择2号刀具,执行2号刀补)   G00X35.0Z-35.0; (快速运动到要切断的位置,长度方向考虑刀宽,所以尺度要加上刀宽5mm)   G01X5.0F0.2; (X方向切至直径5.0) (5要改成0,则工件切断)   G01X40.0; (X方向退刀至直径40.0)   G00Z50.0; (Z方向快速退刀50.0)   MO5; (主轴停止转动)   M30; (程序结束,光标回到程序头)   图二圆柱零件加工完成   2.3.2阶梯轴仿真加工(见图三)   1号刀为外圆90度右偏刀   2号刀为宽5mm的切断刀   图三毛坯定义为直径30mm   输入以下程序(见图四、图五):   O2234; (程序名)   M03S500; (主轴正转500转/分)   T0101; (选择1号刀具,执行1号刀补)   G00X35.0Z2.0; (快速运动到X(直径)35.0,Z方向离原点2.0);   G01X24.0F0.5; (X方向进刀至直径24.0,以0.5mm/转速度移动)   G01Z-34.0F0.2; (Z方向走刀切削至坐标-34.0,以0.2mm/转速度切削)   G01X30.0F0.5; (X方向退刀至直径30.0)   G00Z2.0; (Z方向快速退刀至坐标2.0)   G01X18.0F0.5; (X方向进刀至直径18.0)   G01Z-24.0F0.2; (Z方向切削至坐标-24.0)   G01X40.0; (X方向退刀至直径40.0)   G00Z50.0; (Z方向快速退刀至坐标50.0)   T0202; (选择第2号刀具)   G00X35.0Z-39.0; (快速移动到要切断的坐标处,要考虑切刀刀宽,所以长度要加上刀宽5mm)   G01X5.0F0.2; (X方向切到直径5.0;如5改成0则工件切断)   G01X35.0; (X方向退刀至直径35.0   G00Z50.0; (Z方向快速退刀至坐标50.0)   M05; (主轴停止)   M30; (程序结束,光标回到程序头)   图四阶梯轴加工中   图五阶梯轴加工完成   2.3.3提交作业   作业做完后点下拉菜单【文件】,点【保存项目】然后点【确定】将作业存放到【我的文档】,名字用学号或你的名字,然后从【我的文档】复制到电脑桌面的数车作业存储磁盘,提交到服务器。   3.总结   虚拟现实又称灵境技术或人工环境,英文名Virtual Reality简称VR。是近年来出现的高新技术。文中介绍了虚拟现实技术通过上海宇龙软件在数控车床上工业领域的应用,利用虚拟现实技术可以节省的实训时间及成本,提高实训效率。不仅如此,利用软件还可以虚拟设计及装配,毫不夸张地说,不远将来运用虚拟现实技术可以“复制”一个工厂,让技术人员只动动手指可以模拟完成生产流程,大大提高生产效率,让企业更具竞争力。