基于虛擬夾具的機(jī)器人遙操作運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航與力反饋技術(shù)研究.pdf

1、機(jī)器人遙操作系統(tǒng)在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛應(yīng)用。對(duì)機(jī)器人遙操作技術(shù)的理論研究，有助于提高遙操作系統(tǒng)的透明性和操作便捷性。本文著重研究機(jī)器人遙操作系統(tǒng)的主-從端位置映射和力映射方法、基于虛擬夾具的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航和集成虛擬環(huán)境的遙操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面的關(guān)鍵技術(shù)。
　　 主-從機(jī)器人之間的位置映射和力映射算法直接影響系統(tǒng)的可行性、透明性和穩(wěn)定性。為了使主機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)范圍最大程度地覆蓋從機(jī)器人工作空間，提出了融合觸覺(jué)輔助的工作空間漂移

2、控制策略，擴(kuò)展了主機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)映射范圍。為增強(qiáng)遙操作系統(tǒng)對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)性，提出基于環(huán)境剛度估計(jì)的力映射函數(shù)設(shè)計(jì)方法，根據(jù)環(huán)境剛度估計(jì)值調(diào)節(jié)從端到主端的力映射函數(shù)參數(shù)。當(dāng)剛度估計(jì)值小于預(yù)定義的環(huán)境剛度閾值時(shí)，定義環(huán)境為“柔軟”的，采用非線性力映射方法，以提高操作者對(duì)環(huán)境剛度變化的感知。
　　 為了輔助操作者更為精確便捷地完成遙操作任務(wù)，定義了五種不同的虛擬夾具基約束類型，及各種約束引導(dǎo)方向的計(jì)算方法，對(duì)不同任務(wù)下操作者的不同運(yùn)動(dòng)

3、模式，在線生成虛擬夾具引導(dǎo)路徑，為從機(jī)器人運(yùn)動(dòng)提供導(dǎo)航；針對(duì)遠(yuǎn)程作業(yè)過(guò)程中從機(jī)器人對(duì)操作對(duì)象的定位存在誤差導(dǎo)致虛擬夾具引導(dǎo)方向計(jì)算不準(zhǔn)確的問(wèn)題，提出虛擬夾具引導(dǎo)路徑的主動(dòng)柔順控制方法，根據(jù)環(huán)境作用力修正虛擬夾具引導(dǎo)路徑，以消除虛擬夾具引導(dǎo)方向的計(jì)算誤差。
　　 針對(duì)虛擬夾具約束力削弱遙操作系統(tǒng)透明性這一問(wèn)題，提出一種基于虛擬夾具約束方向力反饋的雙邊遙操作控制結(jié)構(gòu)，通過(guò)將約束力沿虛擬夾具引導(dǎo)方向和約束方向進(jìn)行分解的策略，消除其在虛

4、擬夾具引導(dǎo)方向上的分量。通過(guò)MATLAB/Simulink模塊對(duì)該控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證其提高系統(tǒng)透明性的效果。
　　 開發(fā)了集成虛擬環(huán)境的機(jī)器人遙操作系統(tǒng)。利用虛擬樣機(jī)技術(shù)在系統(tǒng)主端建立從機(jī)器人及其工作環(huán)境的虛擬模型，對(duì)從機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真，并實(shí)時(shí)估算任務(wù)過(guò)程中的環(huán)境作用力，更新虛擬機(jī)器人及操作對(duì)象的狀態(tài)，實(shí)時(shí)反饋給操作者。由于操作者與虛擬環(huán)境之間無(wú)明顯時(shí)延，虛擬仿真環(huán)境能為操作者提供實(shí)時(shí)、穩(wěn)定的視覺(jué)和力覺(jué)反饋，從而削弱