面向EAST腔檢測(cè)的遙操作虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)若干問題研究.pdf

1、可控的核聚變能是最具前景的清潔能源之一，托卡馬克是研究核聚變的主要裝置，其遠(yuǎn)程檢測(cè)任務(wù)是一個(gè)極具挑戰(zhàn)的工作。先進(jìn)實(shí)驗(yàn)超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（Experimental Advanced Superconducting Tokamak，EAST）已經(jīng)在中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所建造并成功運(yùn)行。復(fù)雜的EAST腔內(nèi)部環(huán)境、受限的視覺反饋、困難的用戶操作培訓(xùn)等因素，嚴(yán)重影響EAST檢測(cè)的遙操作任務(wù)實(shí)現(xiàn)。為了解決這些問題，面向EAST腔檢測(cè)開

2、發(fā)一個(gè)能實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)裝置相對(duì)于EAST腔位置進(jìn)行視覺反饋保障安全、能進(jìn)行操作培訓(xùn)及其它功能的遙操作虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)非常必要。
　　快速碰撞檢測(cè)能建立一種安全機(jī)制，確保遙操作的安全；第一壁場(chǎng)景復(fù)現(xiàn)能進(jìn)行較全面的視覺反饋，幫助了解EAST腔體內(nèi)部的真實(shí)情況；虛擬相機(jī)最佳視角研究對(duì)人機(jī)交互體驗(yàn)有大幅度改善。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)這些關(guān)鍵問題的研究對(duì)于提升遙操作的安全性和效率也具有重要意義。
　　本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)面向EAST腔檢

3、測(cè)的遙操作虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)，并對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)中的若干關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究。目前，該虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)已經(jīng)成功地應(yīng)用到EAST腔檢測(cè)任務(wù)中。
　　本文的研究?jī)?nèi)容概述如下：
　　1)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)構(gòu)建：設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了面向EAST腔檢測(cè)的遙操作虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)遠(yuǎn)程檢測(cè)機(jī)械臂的仿真和控制；
　　2)快速碰撞檢測(cè)方法研究：針對(duì)遙操作檢測(cè)中安全控制的要求，提出了一種適用于非凸多面體的快速碰撞檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了柔性內(nèi)窺機(jī)械臂

4、與EAST腔的快速碰撞檢測(cè)，計(jì)算出它們之間的最短距離并實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)檢測(cè)距離進(jìn)入預(yù)警范圍時(shí)，仿真發(fā)送預(yù)警信號(hào)到控制系統(tǒng)，采取安全控制。
　　3)第一壁場(chǎng)景復(fù)現(xiàn)方法研究：選擇虛擬現(xiàn)實(shí)仿真中感興趣的區(qū)域，然后控制機(jī)械臂檢測(cè)對(duì)應(yīng)磚塊；結(jié)合第一壁圖像信息和柔性內(nèi)窺機(jī)械臂的位置反饋信息，通過圖像識(shí)別、增強(qiáng)虛擬、紋理映射技術(shù)，完成第一壁圖片貼到虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)對(duì)應(yīng)位置。
　　4)虛擬相機(jī)最佳視角方法研究：對(duì)虛擬相機(jī)最佳視角進(jìn)行研究，給出了