遥控驾驶---力反馈设备的遥操作应用

摘要

　　实现遥控驾驶是一件困难的事情。不仅需要操作者有感知问题和评测遥远环境的能力，但他们也经常犯一些错误的或者不太理想的控制决定。因此，有必要去开发一个有选择性的、可以使遥控驾驶更简单和更高效的方法。为了满足这个需求，我们开发了HapticDriver接口。

　　在过去的50年里，用于遥控操作的用户接口一直保持没有太大的变化。直到今天，几乎所有的遥控操作系统都是速率控制的：一个训练过的操作者通过手部控制其来调整遥控车辆的铜转换和旋转速率，同时从多个视频和数据的显示上来接受的反馈。这样的系统使用比较起来比较困难（特别是在不可知的和无组织的环境下），建立起来比较昂贵并且配置起来也比较费时间，还需要特别的训练。而且，遥控操作是经常有疑问的。环境意识的丧失，悲观的态度和深度判断的丧失，对遥远环境的不恰当的理解和察觉不出有障碍物的现象都是经常发生的。 我们的目标是使遥控驾驶简单化和更高效性。因此，我们开发了一个新的用户接口：HapticDriver. HapticDriver通过力反馈使精密的驾驶任务变得更容易（在混乱空间的机动飞行）的精度。

　　和所有的遥驾驶一样，遥控驾驶的最困难方面是操作者是远离动作发生点的。所以，他必须依赖于传感器（通信连接和显示的中介）上返回来的信息来感知远处的环境。因此，操作者经常丧失理解远处环境的能力并且在判断上犯下错误。当需要十分精密的动作时这个问题就变得更加敏感，比如：在混乱空间的机动飞行或者接近目标。HapticDriver定位这个问题通过提供给操作者的力反馈来体现的。通过一个线性的模型，距离传感器信息会转变成空间的力，然后使用一个触觉设备的大窗口显示出来。所以，HapticDriver允许操作者去感觉远处环境并且更好的完成精密的驾驶任务。

　　我们设计用HapticDriver来遥控操作一个Koala移动式遥控装置。KTeam SA制
造的Koala是一个小型的，六个轮子的，有刹车的机器。如图1：
　　Koala装备了16个接近红外光的传感器，轮子译码器和一个面向前方的CCD摄像机。IR传感器提供了到附近的物体距离测量（1.5-10cm）。高频率（1.2和2.4GHz）的模拟信号发射机用于无线的视频和全双工的数据通信。

　　结合HapticDriver，Force Dimension公司的Delta触觉设备可以作为一个控制输入设备或者作为一个力值的显示设备，两者皆可。作为控制设备，触觉设备从原处的2D位移说明了这个遥控装置的变化和旋转的比率。换句话说，触觉设备的作用就像一个2D的操纵杆：向前或者向后控制变化，向左或者向右控制旋转。 　　作为力值显示设备，我们首先通过一个力的立方体模型化每一个从Koala的红外传感器返回来的量程信息。只要这个触觉设备的end-point与这些立方体的其中一个相交，一个排斥的力（于穿透距离是成比例的）就产生了。因此，只要这个遥控装置接近一个障碍物，操作者就会感觉到一个逐渐增加的力：越接近这个物体，反作用力就越大。

　　对于在混乱环境下的导航和表演对接的机动飞行来说，HapticDriver是一个很有效的接口，当然这个接口也不是完全的阻止操作者驾驶到障碍物里，我们发现它大大提高了障碍物的探测和避免碰撞。