受控制方法、人工智能和傳感器技術水平的限制,當前階段機器人難以自主完成在未知或復雜環(huán)境下的操作任務,遙操作機器人技術應運而生。人類通過操縱機器人可以達到克服距離和環(huán)境障礙的目的,在高危或難以到達的環(huán)境下完成精準的遠程操作任務。遙操作機器人目前已被廣泛用于遠程醫(yī)療、空間探測以及核應用中,然而隨著任務的復雜度和安全性需求的日益增長,傳統(tǒng)由操作者直接操縱機器人運動的控制方法操作性能低、臨場感差的問題凸顯。在遙操作系統(tǒng)中,操作者能夠在視覺、聽覺和力覺的反饋下操縱主手完成各種動作,遙操作系統(tǒng)則控制安裝在從端的機器人對操作者的運動進行復現(xiàn)。作為連接人和機器人間的媒介,遙操作系統(tǒng)性能決定了任務執(zhí)行結果的好壞。本文針對遙操作系統(tǒng)設計所面臨的幾個問題,包括運動映射方法、人體運動特性的影響以及力反饋的引入,提出了相應的解決方法,具體工作包括以下幾個方面:1.搭建遙操作系統(tǒng)并確立主從運動映射關系。對該系統(tǒng)選用的主、從手的結構特點進行建模分析,采用包絡法和數(shù)值法分別求解出主、從手的工作空間。在此基礎上,提出一種混聯(lián)結構的手柄向串聯(lián)機械臂的運動映射方法,該方法主要包括從人日常操作習慣中手眼一致原則衍生出的坐標系...

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題的研究背景與意義
    1.2 遙操作機器人技術綜述
        1.2.1 遙操作機器人控制結構類型
        1.2.2 主從運動映射方法研究現(xiàn)狀
        1.2.3 意圖理解問題研究現(xiàn)狀
    1.3 遙操作機器人技術存在的問題
    1.4 主要內容和結構安排
    1.5 本章小結
第二章 主從運動學分析與主從運動映射方法研究
    2.1 遙操作機器人系統(tǒng)組成
    2.2 主手運動學建模與分析
        2.2.1 主手運動學建模
        2.2.2 主手工作空間分析
    2.3 從手運動學建模與分析
        2.3.1 機器人連桿參數(shù)和連桿坐標系設置
        2.3.2 機器人逆運動學求解和奇異性分析
        2.3.3 機器人工作空間分析
    2.4 主從運動映射關系的確立
        2.4.1 基于手眼一致原則的坐標系變換推導
        2.4.2 位置映射
        2.4.3 姿態(tài)映射
    2.5 本章小結
第三章 基于操作者運動意圖的運動輔助控制策略
    3.1 人手運動特性與操作者運動意圖分析
        3.1.1 人手運動特性分析
        3.1.2 操作者運動意圖分析
        3.1.3 操作者行為層運動意圖建模
    3.2 隱馬爾可夫模型建模理論
        3.2.1 隱馬爾可夫模型的基本概念和原理
        3.2.2 隱馬爾可夫模型的基本算法
    3.3 操作者運動意圖識別及輔助控制流程
        3.3.1 數(shù)據(jù)預處理和特征提取
        3.3.2 運動意圖感知流程
        3.3.3 比例控制
    3.4 本章小結
第四章 力反饋遙操作機器人控制系統(tǒng)設計
    4.1 兩種典型力反饋控制框架分析
        4.1.1 位置-位置控制
        4.1.2 位置-力控制
    4.2 力反饋遙操作系統(tǒng)中的環(huán)境動力學描述
        4.2.1 工作環(huán)境的劃分
        4.2.2 環(huán)境動力學描述
        4.2.3 基于遞推最小二乘法的環(huán)境動力學參數(shù)估計法
    4.3 力反饋遙操作控制系統(tǒng)設計
        4.3.1 力反饋遙操作控制系統(tǒng)框架
        4.3.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
    4.4 本章小結
第五章 力反饋遙操作實驗研究與分析
    5.1 實驗平臺介紹
        5.1.1 基于ROS的遙操作機器人軟件系統(tǒng)
        5.1.2 硬件平臺
    5.2 實驗分析
        5.2.1 遙操作運動控制實驗
        5.2.2 力反饋遙操作系統(tǒng)可行性驗證實驗
    5.3 本章小結
第六章 總結與展望
    6.1 主要結論
    6.2 論文創(chuàng)新點
    6.3 展望
參考文獻
攻讀學位期間所取得的相關成果
致謝



本文編號：3742849