一種移動(dòng)機(jī)器人遙操作接口系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：針對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的遠(yuǎn)程操作問(wèn)題，基于C++Builder軟件環(huán)境，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種移動(dòng)機(jī)器人的遙操作接口系統(tǒng)，可利用方向盤(pán)、鍵盤(pán)和鼠標(biāo)來(lái)操作機(jī)器人的移動(dòng)。基于此接口系統(tǒng)建立了遙操作系統(tǒng)原型，并且進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)。室內(nèi)試驗(yàn)表明，此遙操作接口系統(tǒng)具有簡(jiǎn)便、界面友好等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：遙操作；人機(jī)接口；移動(dòng)機(jī)器人；軟件環(huán)境

0 引 言
遙操作就是遠(yuǎn)距離操作，是在遠(yuǎn)方人的行為動(dòng)作遠(yuǎn)距離作用下，使事物產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)變化。遙操作是一種基礎(chǔ)技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，如機(jī)器人領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域、基礎(chǔ)科學(xué)試驗(yàn)、核工程、海底與遠(yuǎn)洋作業(yè)等。遙操作技術(shù)使移動(dòng)機(jī)器人到達(dá)艱險(xiǎn)的環(huán)境，通過(guò)機(jī)器人完成特定的任務(wù)，從而可以使人遠(yuǎn)離艱險(xiǎn)的工作環(huán)境。因此，研究遙操作技術(shù)意義深遠(yuǎn)。
機(jī)器人在物理空間上，可以實(shí)現(xiàn)人類感知能力和行為能力的延伸；在信息層次上將遠(yuǎn)端的移動(dòng)機(jī)器人與操作人員無(wú)形連接在一個(gè)閉環(huán)回路里，實(shí)時(shí)地控制遠(yuǎn)端移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，以最大限度地利用遠(yuǎn)近端設(shè)備、資源和遙操作者的智力、經(jīng)驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)資源的最佳配置，完成特定的任務(wù)。人機(jī)接口系統(tǒng)就是通過(guò)什么樣的方式來(lái)發(fā)送控制指令和進(jìn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的反饋，是移動(dòng)機(jī)器人中一項(xiàng)重要的技術(shù)。
基于遙操作平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一種針對(duì)“喀嗎哆”機(jī)器人的人機(jī)接口系統(tǒng)。采用該人機(jī)接口系統(tǒng)進(jìn)行了機(jī)器人室內(nèi)行走實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，該人機(jī)接口系統(tǒng)方便靈活、可靠、人機(jī)接口系統(tǒng)顯示豐富生動(dòng)，提供多種操作模式，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)顯示。

1 機(jī)器人人機(jī)接口系統(tǒng)
一種柔性結(jié)構(gòu)的四輪式移動(dòng)機(jī)器人，其信息傳送示意圖如圖1所示。

基于遙操作平臺(tái)和通信系統(tǒng)，遠(yuǎn)方操作員通過(guò)人機(jī)接口將指令序列發(fā)送到機(jī)器人，機(jī)器人接收并編譯指令，并且把編譯之后的指令發(fā)送到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，再由執(zhí)行裝置來(lái)控制機(jī)器人的移動(dòng)。同時(shí)機(jī)器人通過(guò)通信系統(tǒng)將其各種狀態(tài)和相關(guān)信息傳到遙操作平臺(tái)中，遠(yuǎn)方操作員可以通過(guò)人機(jī)接口看到與機(jī)器人相關(guān)的信息。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是與遙操作平臺(tái)相嵌的人機(jī)接口系統(tǒng)部分，即圖1中橢圓表示的部分。

2 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
該系統(tǒng)用到相關(guān)硬件設(shè)備如下：計(jì)算機(jī)(P4 1．8 G、512 MB內(nèi)存、USB端口、Windows XP操作系統(tǒng)、Di-reetX 9．0版本)1臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)1個(gè)、鼠標(biāo)1個(gè)、SG-USB006E型賽諾方向盤(pán)一個(gè)。軟件有Borland C++Builder編譯環(huán)境。
人機(jī)接口系統(tǒng)操作過(guò)程見(jiàn)圖2。首先，開(kāi)始之后系統(tǒng)初始化，檢測(cè)是否連接了方向盤(pán)。若檢測(cè)到方向盤(pán)，下面可有方向盤(pán)、鍵盤(pán)和鼠標(biāo)模式可供選擇；若沒(méi)有檢測(cè)到方向盤(pán)，只可選擇鍵盤(pán)和鼠標(biāo)模式。接著，判斷機(jī)器人狀態(tài)是否正常。若異常，則顯示異常警報(bào)，返回到開(kāi)始；若正常，根據(jù)是否檢測(cè)到方向盤(pán)，則可在可選的操作模式中選擇一種或幾種操作模式。接著，可以通過(guò)已選模式操作機(jī)器人，同時(shí)接口系統(tǒng)將相應(yīng)速度和角度等數(shù)據(jù)寫(xiě)入緩沖區(qū)，根據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，機(jī)器人最終可以完成各種相應(yīng)的動(dòng)作。同時(shí)接口系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人相應(yīng)信息的屏幕顯示和速度角度等信息的保存等。