基于虛擬夾具的機械臂人機交互控制關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、虛擬夾具建模算法對于機械臂防撞性能的研究具有重要意義。在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下，可通過虛擬夾具限制機械臂末端的運動空間來防止機械臂與周圍環(huán)境發(fā)生碰撞。
　　本文在總結(jié)和歸納虛擬夾具在機器人領(lǐng)域的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀后，給出了基于人工勢場法的虛擬夾具建模方法及機械臂控制仿真方案。利用3dsMax建立機械臂各連桿的三維模型，在MFC框架下采用OpenGL編程將機械臂模型導(dǎo)入仿真平臺，并采用截面圓三角片元法構(gòu)建虛擬夾具幾何模型，實現(xiàn)機械臂模型和虛擬夾具

2、的可視化。在機械臂運動學(xué)和動力學(xué)基礎(chǔ)上，建立了基于D-H參數(shù)法的6自由度機械臂數(shù)學(xué)模型，并對6自由度機械臂的運動學(xué)正逆解方程與動力學(xué)方程進行了詳細(xì)推導(dǎo)。在虛擬夾具管道內(nèi)部建立人工勢場，根據(jù)機械臂末端與虛擬夾具的相對位置關(guān)系，實時計算末端所受虛擬力，并以視覺反饋的形式將虛擬力方向予以顯示。在虛擬夾具幾何約束機械臂運動空間的基礎(chǔ)上，計算出虛擬力對各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸的力矩，通過與各關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩進行實時比較，實現(xiàn)了采用虛擬夾具對機械臂運動空間進行限制的

3、方法。基于上述各功能模塊在VS2008平臺上利用MFC結(jié)合OpenGL的技術(shù)，開發(fā)了一個機械臂實時控制仿真演示系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過友好的人機交互界面，控制機械臂在虛擬環(huán)境下的實時運動，對機械臂的實時位姿狀態(tài)予以可視化，并驗證了文中所設(shè)計算法的有效性。
　　本文所采用的基于虛擬夾具限制機械臂末端運動空間的方法，不僅可在虛擬環(huán)境下實現(xiàn)對機械臂運動的限制，也可在真實環(huán)境下根據(jù)從端機械臂與實際接觸力實現(xiàn)對機械臂運動的限制，具有較為廣泛的應(yīng)用前