目前,傳統(tǒng)意義上的空間機(jī)械臂難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的宇航作業(yè),因此更為靈巧智能的機(jī)器人宇航員應(yīng)運(yùn)而生。但是由于機(jī)器人宇航員結(jié)構(gòu)復(fù)雜,而且空間工作環(huán)境非結(jié)構(gòu)化,目前人工智能和控制等方面的關(guān)鍵技術(shù)均不足以支撐全自主機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)。一種切實(shí)可行的方法是將操作者加入控制閉環(huán),采用地面遙操作機(jī)器人宇航員的方式完成空間作業(yè)。對(duì)此本文建立了地面遙操作平臺(tái),并對(duì)其中的運(yùn)動(dòng)映射和避奇異等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。首先,搭建了基于Haptic Workstation的機(jī)器人宇航員遙操作系統(tǒng)。建立了機(jī)器人宇航員7自由度冗余臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,并重點(diǎn)分析了機(jī)械臂的閉環(huán)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)。遙操作平臺(tái)集成了CyberForce和CyberGrasp等力反饋設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)器人宇航員的實(shí)時(shí)遙操作控制。完成了Haptic Workstation平臺(tái)的標(biāo)定,提出了改進(jìn)的數(shù)據(jù)手套標(biāo)定方法,解決了手套原始讀數(shù)側(cè)擺關(guān)節(jié)與彎曲基關(guān)節(jié)耦合的問題。其次,提出了基于CyberForce操作機(jī)器人宇航員臂的運(yùn)動(dòng)映射策略。該映射策略主要包含定縮放因子映射、變縮放因子映射和姿態(tài)調(diào)整映射策略。其中,定縮放因子映射策略主要基于機(jī)械臂工作空間的凸包簡(jiǎn)化表示方法和工作空間包含關(guān)系檢測(cè)算法進(jìn)行設(shè)計(jì),該策略能夠確保機(jī)械臂擁有盡可能大的實(shí)際運(yùn)動(dòng)空間。變縮放因子映射策略通過對(duì)映射參數(shù)的在線調(diào)節(jié),能夠?qū)崿F(xiàn)輔助操作者躲避障礙和接近目標(biāo)物體的效果。而姿態(tài)調(diào)整映射基于機(jī)械臂和CyberForce的末端坐標(biāo)系進(jìn)行增量映射,其操作過程直觀,操作方法符合操作者的習(xí)慣。再次,針對(duì)搭建的遙操作系統(tǒng)提出了一種層次化的避奇異方法。該方法能夠保證機(jī)械臂不會(huì)因?yàn)槠娈愋詫?dǎo)致運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算過程陷入病態(tài)。在該方法中,機(jī)械臂的層次化奇異區(qū)域依據(jù)其奇異狀態(tài)下的關(guān)節(jié)配置和相應(yīng)的奇異評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行劃分。當(dāng)機(jī)械臂的處于良態(tài)奇異區(qū)域時(shí),采用虛擬力反饋的方式對(duì)主端操作者的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行引導(dǎo)。一旦機(jī)械臂進(jìn)入病態(tài)奇異區(qū)域,就采用改進(jìn)的軌跡重構(gòu)法,對(duì)機(jī)械臂末端軌跡進(jìn)行重構(gòu)。最后,在機(jī)器人宇航員遙操作平臺(tái)上,進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)映射算法和避奇異算法實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了上述算法的正確性。通過遙操作抓取電鉆實(shí)驗(yàn),證明該平臺(tái)的有效性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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1 蘇滿佳;吳鴻敏;谷世超;黃晶;管貽生;劉冠峰;;模塊化主從機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)映射算法[J];機(jī)器人;2015年06期

2 夏晶;蔣再男;劉宏;蔡鶴皋;;機(jī)器人宇航員遙操作中手臂運(yùn)動(dòng)映射優(yōu)化[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年12期

本文編號(hào)：1554980