基于虛擬夾具的空間機(jī)器人遙操作與示教技術(shù)研究.pdf

1、空間機(jī)器人代替宇航員進(jìn)行在軌作業(yè)任務(wù)，既能保障航天員的生命安全，降低作業(yè)負(fù)擔(dān)，還能提高作業(yè)效率，擴(kuò)展航天員的作業(yè)能力范圍。但目前受到多種科學(xué)技術(shù)水平的限制，空間機(jī)器人短期內(nèi)還難以實(shí)現(xiàn)完全或局部自主運(yùn)動(dòng)。因此，針對(duì)空間非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境，本文研究空間機(jī)器人的遙操作相關(guān)技術(shù)，在主端采用虛擬夾具方法來(lái)輔助手控器和數(shù)據(jù)手套的遙操作控制，在從端則采用阻抗控制來(lái)實(shí)現(xiàn)遙操作柔順示教。從而將人的專家知識(shí)和決策能力引入控制回路之中，無(wú)論是隨機(jī)性很強(qiáng)的艙外故障

2、維修還是重復(fù)度較高的裝配等任務(wù)，空間機(jī)器人在航天員的操控下，都能很好地實(shí)現(xiàn)遙操作與示教。
　　首先研究了手控器和數(shù)據(jù)手套的映射控制方法，并解決了手控器工作空間的映射漂移問(wèn)題。通過(guò)五種手控器控制模式和兩種數(shù)據(jù)手套控制模式來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬夾具輔助的遙操作控制。以手控器遙操作為例，構(gòu)建不同控制模式下的虛擬夾具模型和基約束類型，實(shí)現(xiàn)了基于操作者運(yùn)動(dòng)意圖的虛擬夾具在線生成技術(shù)，并給出了虛擬夾具基約束引導(dǎo)操作路徑生成的方法。通過(guò)人工勢(shì)場(chǎng)法在虛擬夾具

3、模型中引入虛擬力，結(jié)合傳感器反饋力，實(shí)現(xiàn)了具有力覺臨場(chǎng)感的遙操作。
　　其次研究了空間機(jī)器人的遙操作示教。在示教過(guò)程中，當(dāng)機(jī)械臂與作業(yè)環(huán)境發(fā)生交互時(shí)，采用優(yōu)化的基于位置內(nèi)環(huán)的阻抗控制算法實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的柔順示教，使機(jī)械臂與外界環(huán)境的接觸力保持在一定的范圍內(nèi)。然后運(yùn)用一階滯后濾波和五點(diǎn)三次平滑濾波對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行消抖和平滑處理。在示教再現(xiàn)中，對(duì)保存的指令數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃，包括路徑的插補(bǔ)算法和速度控制算法，以實(shí)現(xiàn)遙操作示教的運(yùn)動(dòng)復(fù)現(xiàn)。