题目：面向航天应用的遥操作若干关键技术研究

随着航天飞机、载人飞船、轨道空间站以及行星表面巡视探测技术的发展，面向航天应用的遥操作技术对于空间探索和提供在轨服务具有极其重要的应用价值，但最突出的问题是，其远地从机器人与本地操作者之间由于距离遥远和通信带宽有限等原因，存在的大时延严重影响了系统的可操作性。本文以三指机械手为对象，研究了面向航天应用的遥操作若干关键技术，主要是采用3D图形预测显示的方法，操作人员借助数据手套，直接控制虚拟场景中的图形机械手来完成作业，利用虚拟的仿真环境无时延地将操作结果反馈给操作者，而远端的机器人则在一定时延后重复仿真结果，从而有效的避开大时延对操作者的影响。文章重点分析了人手到机械手的运动映射，仿真环境中机械手的稳定抓持，以及空间不确定大时延下本地模型的在线修正，具体内容如下：首先，分析了机械手和人手的结构，在此基础上重点研究了三指机械手和人手的正向及反向运动学模型，根据正、反向运动学模型和多指人手到三指机械手的等效处理方法，实现了人手对机械手的运动映射，并进行了仿真验证。其次，分析了在操作者无法观察远端操作现场的情况下，如何利用本地交互系统虚拟环境实现机械手对物体的稳定抓持，重点介绍了基于三维实体模型特征属性对的碰撞检测原理，将碰撞检测结果应用于简化的力学模型，在此基础上判断是否满足稳定抓持的条件，根据判断结果对机械手和作业对象实现碰撞响应。然后，对于面向航天应用的遥操作技术中特殊的时延问题进行了分析，通过数学建模模拟了在地-空传输中的不确定大时延，并进行了仿真验证和性能分析。在此基础上，针对不确定大时延带来的反馈信息与本地模型错配问题，采用时序标定的方法，实现了根据反馈信息对本地模型进行修正，并对修正结果进行了仿真验证。最后，在上述理论的基础上，建立了一个面向航天应用的遥操作仿真系统，对系统的整个结构以及几个主要模块的设计和实现原理进行了具体介绍。