面对灾后救援等环境中的复杂类人操作任务,机器人的自主操作和遥操作至今仍然都是比较复杂的问题。自主系统需要解决对象识别、定位和避障等问题,但单纯的遥操作系统需要处理信息丢失和延迟等通信问题,并向操作员提供及时且适当的反馈和环境感知。为应对以上方案所面对的困难,本文基于ROS(Robot Operating System)平台研究了一种面向操作任务的远程机器人交互系统,对机器人交互系统架构、运动学方案和运动规划方法进行了分析,并设计了融合任务级操作、主从遥操作和关节操作等模式以及虚拟交互仿真功能的人机交互软件,以允许操作员在不同层面上对远端机器人进行有效地监督和灵活便捷地控制。本文根据对灾难环境类人操作任务的应用需求分析,搭建了机器人交互系统平台,提出了一种基于ROS平台的远程机器人交互系统的总体方案。为使交互系统有效地应对复杂操作任务,对机器人进行了总体运动分析,包括全身关节运动学分析和移动平台运动学分析,确定了冗余自由度运动支链的运动学逆解方法,并提出了基于操作灵活性的全身运动策略,为交互系统整体控制方案的实现提供了基础。针对系统面对的复杂操作任务,本文提出基于任务分解和分类的规划方法。该方法将任务进行逐级分解,以由基本运动描述的子任务序列进行表示,并进行了通用子任务分类。同时进行典型任务的运动约束研究,确定了基于约束优化的避碰路径算法和由基本运动描述的运动规划实施方法。易操作的交互软件对于普通用户至关重要,因此,本文提出了基于Qt和ROS平台的人机交互软件设计方法,包含了软件界面和功能节点的设计。软件界面的设计涉及层次化主控界面设计、辅助功能界面设计和虚拟场景界面搭建,其中层次化主控界面主要由单关节调试模块、关节组控制操作模块、便捷遥操作模块和任务规划模块组成;软件功能节点基于ROS的消息通信机制和Qt的多线程及信号槽机制实现。同时本文对各控制节点和虚拟场景以及状态节点的设计流程进行了详细分析。在本文的最后,基于Gazebo搭建了机器人物理仿真平台并进行交互流程的设计,模拟真实机器人平台进行了交互系统功能的测试。通过典型的开门和拧阀门任务,验证了本文所提出的机器人交互系统设计方案的可行性。