七自由度仿人機(jī)械臂直接示教方法研究.pdf

1、機(jī)器人航天員能夠協(xié)助和替代航天員完成空間高風(fēng)險(xiǎn)的任務(wù)，為增強(qiáng)機(jī)器人航天員的人機(jī)協(xié)作能力，一些低學(xué)習(xí)成本的示教方法被提出。直接示教與傳統(tǒng)的示教盒示教相比，交互更加自然友好。通過體感和拖動(dòng)等直接示教的方法能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械臂快速的示教和編程。因此，本文對(duì)自然人機(jī)交互下七自由度仿人機(jī)械臂的體感示教和拖動(dòng)示教方法進(jìn)行了研究，并做了相應(yīng)的仿真和實(shí)物驗(yàn)證。
　　根據(jù)設(shè)計(jì)的機(jī)械臂構(gòu)型，采用DH法建立了機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。通過定義臂平面和參考平面，采用

2、臂形角參數(shù)化方式求解冗余機(jī)械臂的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)。對(duì)于臂形角的選取，定義了基于最優(yōu)位形的適應(yīng)度函數(shù)，并采用粒子群算法進(jìn)行優(yōu)化。在Matlab中對(duì)臂形角參數(shù)化運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行求解。
　　首先研究了機(jī)械臂體感示教方法。演示者的骨骼信息通過Kinect V2獲得，采用演示者手腕位置姿態(tài)和手臂臂形角對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行位置映射。當(dāng)機(jī)械臂的關(guān)節(jié)超過極限位置時(shí)，采用末端執(zhí)行器局部約束的優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化。最后在開發(fā)的仿真平臺(tái)進(jìn)行體感示教的演示驗(yàn)證。
　　其次研

3、究了基于柔順控制的機(jī)械臂末端拖動(dòng)示教方法。以自運(yùn)動(dòng)優(yōu)化的運(yùn)動(dòng)學(xué)為控制內(nèi)環(huán)，建立了基于機(jī)械臂末端六維力傳感器的笛卡爾空間阻抗控制模型。同時(shí)采用李雅普諾夫第二法進(jìn)行阻抗控制自適應(yīng)優(yōu)化，通過末端工具重力補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ┒斯ぞ咧亓?duì)力傳感器的影響。對(duì)于連續(xù)軌跡拖動(dòng)模式設(shè)計(jì)了高增益觀測器來記錄關(guān)節(jié)的速度，并采用五點(diǎn)三次平滑濾波對(duì)速度和位置進(jìn)行濾波處理。在SimMechanics進(jìn)行仿真，對(duì)阻抗參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響進(jìn)行分析。
　　最后對(duì)機(jī)械臂平臺(tái)