一種移動機器人遙操作接口系統(tǒng)的設計與實現

摘 要：針對移動機器人的遠程操作問題，基于C++Builder軟件環(huán)境，設計和實現了一種移動機器人的遙操作接口系統(tǒng)，可利用方向盤、鍵盤和鼠標來操作機器人的移動。基于此接口系統(tǒng)建立了遙操作系統(tǒng)原型，并且進行了室內試驗。室內試驗表明，此遙操作接口系統(tǒng)具有簡便、界面友好等特點。
關鍵詞：遙操作；人機接口；移動機器人；軟件環(huán)境

0 引 言
遙操作就是遠距離操作，是在遠方人的行為動作遠距離作用下，使事物產生運動變化。遙操作是一種基礎技術，應用領域相當廣泛，如機器人領域、航空航天領域、基礎科學試驗、核工程、海底與遠洋作業(yè)等。遙操作技術使移動機器人到達艱險的環(huán)境，通過機器人完成特定的任務，從而可以使人遠離艱險的工作環(huán)境。因此，研究遙操作技術意義深遠。
機器人在物理空間上，可以實現人類感知能力和行為能力的延伸；在信息層次上將遠端的移動機器人與操作人員無形連接在一個閉環(huán)回路里，實時地控制遠端移動機器人的運動，以最大限度地利用遠近端設備、資源和遙操作者的智力、經驗，從而實現資源的最佳配置，完成特定的任務。人機接口系統(tǒng)就是通過什么樣的方式來發(fā)送控制指令和進行狀態(tài)數據的反饋，是移動機器人中一項重要的技術。
基于遙操作平臺，設計了一種針對“喀嗎哆”機器人的人機接口系統(tǒng)。采用該人機接口系統(tǒng)進行了機器人室內行走實驗。實驗表明，該人機接口系統(tǒng)方便靈活、可靠、人機接口系統(tǒng)顯示豐富生動，提供多種操作模式，可實現數據的存儲和實時顯示。

1 機器人人機接口系統(tǒng)
一種柔性結構的四輪式移動機器人，其信息傳送示意圖如圖1所示。

基于遙操作平臺和通信系統(tǒng)，遠方操作員通過人機接口將指令序列發(fā)送到機器人，機器人接收并編譯指令，并且把編譯之后的指令發(fā)送到相應的執(zhí)行機構，再由執(zhí)行裝置來控制機器人的移動。同時機器人通過通信系統(tǒng)將其各種狀態(tài)和相關信息傳到遙操作平臺中，遠方操作員可以通過人機接口看到與機器人相關的信息。該設計實現的是與遙操作平臺相嵌的人機接口系統(tǒng)部分，即圖1中橢圓表示的部分。

2 設計與實現
該系統(tǒng)用到相關硬件設備如下：計算機(P4 1．8 G、512 MB內存、USB端口、Windows XP操作系統(tǒng)、Di-reetX 9．0版本)1臺、標準鍵盤1個、鼠標1個、SG-USB006E型賽諾方向盤一個。軟件有Borland C++Builder編譯環(huán)境。
人機接口系統(tǒng)操作過程見圖2。首先，開始之后系統(tǒng)初始化，檢測是否連接了方向盤。若檢測到方向盤，下面可有方向盤、鍵盤和鼠標模式可供選擇；若沒有檢測到方向盤，只可選擇鍵盤和鼠標模式。接著，判斷機器人狀態(tài)是否正常。若異常，則顯示異常警報，返回到開始；若正常，根據是否檢測到方向盤，則可在可選的操作模式中選擇一種或幾種操作模式。接著，可以通過已選模式操作機器人，同時接口系統(tǒng)將相應速度和角度等數據寫入緩沖區(qū)，根據緩沖區(qū)的數據，機器人最終可以完成各種相應的動作。同時接口系統(tǒng)還可以實現機器人相應信息的屏幕顯示和速度角度等信息的保存等。