基于人体运动特性的力反馈遥操作控制策略研究

发布时间：2023-02-14 19:12

　　受控制方法、人工智能和传感器技术水平的限制,当前阶段机器人难以自主完成在未知或复杂环境下的操作任务,遥操作机器人技术应运而生。人类通过操纵机器人可以达到克服距离和环境障碍的目的,在高危或难以到达的环境下完成精准的远程操作任务。遥操作机器人目前已被广泛用于远程医疗、空间探测以及核应用中,然而随着任务的复杂度和安全性需求的日益增长,传统由操作者直接操纵机器人运动的控制方法操作性能低、临场感差的问题凸显。在遥操作系统中,操作者能够在视觉、听觉和力觉的反馈下操纵主手完成各种动作,遥操作系统则控制安装在从端的机器人对操作者的运动进行复现。作为连接人和机器人间的媒介,遥操作系统性能决定了任务执行结果的好坏。本文针对遥操作系统设计所面临的几个问题,包括运动映射方法、人体运动特性的影响以及力反馈的引入,提出了相应的解决方法,具体工作包括以下几个方面:1.搭建遥操作系统并确立主从运动映射关系。对该系统选用的主、从手的结构特点进行建模分析,采用包络法和数值法分别求解出主、从手的工作空间。在此基础上,提出一种混联结构的手柄向串联机械臂的运动映射方法,该方法主要包括从人日常操作习惯中手眼一致原则衍生出的坐标系...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景与意义
    1.2 遥操作机器人技术综述
        1.2.1 遥操作机器人控制结构类型
        1.2.2 主从运动映射方法研究现状
        1.2.3 意图理解问题研究现状
    1.3 遥操作机器人技术存在的问题
    1.4 主要内容和结构安排
    1.5 本章小结
第二章 主从运动学分析与主从运动映射方法研究
    2.1 遥操作机器人系统组成
    2.2 主手运动学建模与分析
        2.2.1 主手运动学建模
        2.2.2 主手工作空间分析
    2.3 从手运动学建模与分析
        2.3.1 机器人连杆参数和连杆坐标系设置
        2.3.2 机器人逆运动学求解和奇异性分析
        2.3.3 机器人工作空间分析
    2.4 主从运动映射关系的确立
        2.4.1 基于手眼一致原则的坐标系变换推导
        2.4.2 位置映射
        2.4.3 姿态映射
    2.5 本章小结
第三章 基于操作者运动意图的运动辅助控制策略
    3.1 人手运动特性与操作者运动意图分析
        3.1.1 人手运动特性分析
        3.1.2 操作者运动意图分析
        3.1.3 操作者行为层运动意图建模
    3.2 隐马尔可夫模型建模理论
        3.2.1 隐马尔可夫模型的基本概念和原理
        3.2.2 隐马尔可夫模型的基本算法
    3.3 操作者运动意图识别及辅助控制流程
        3.3.1 数据预处理和特征提取
        3.3.2 运动意图感知流程
        3.3.3 比例控制
    3.4 本章小结
第四章 力反馈遥操作机器人控制系统设计
    4.1 两种典型力反馈控制框架分析
        4.1.1 位置-位置控制
        4.1.2 位置-力控制
    4.2 力反馈遥操作系统中的环境动力学描述
        4.2.1 工作环境的划分
        4.2.2 环境动力学描述
        4.2.3 基于递推最小二乘法的环境动力学参数估计法
    4.3 力反馈遥操作控制系统设计
        4.3.1 力反馈遥操作控制系统框架
        4.3.2 系统稳定性分析
    4.4 本章小结
第五章 力反馈遥操作实验研究与分析
    5.1 实验平台介绍
        5.1.1 基于ROS的遥操作机器人软件系统
        5.1.2 硬件平台
    5.2 实验分析
        5.2.1 遥操作运动控制实验
        5.2.2 力反馈遥操作系统可行性验证实验
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 主要结论
    6.2 论文创新点
    6.3 展望
参考文献
攻读学位期间所取得的相关成果
致谢



本文编号：3742849