空間機器人地面遙操作的關鍵技術研究.pdf

1、太空具有微重力、高真空、強輻射等特點，其惡劣環(huán)境使人在太空中的活動風險極高，空間機器人是開展天體深空探測的主要手段?？臻g機器人所面臨的復雜的太空環(huán)境通常是部分或完全未知的，采用全自主的機器人目前并不現(xiàn)實，在這種情況下必須依靠地面的操作人員參與并給出控制指令，通過臨場感手段（視覺、力覺和觸覺等）將人納入到控制回路才能保證任務的順利完成?？臻g機器人地面遙操作系統(tǒng)是現(xiàn)階段的主流技術方式，有著巨大的研究意義和應用價值。本文從解決空間機器人地面遙

2、操作中的關鍵問題出發(fā)，在系統(tǒng)結構設計、主從運動匹配、虛擬預測環(huán)境與力覺/視覺輔助、肌電信號控制及多事件控制結構等方面展開研究工作。
　　從空間機器人地面遙操作的實際任務出發(fā)，參照空間機器人的結構與工作模式，設計并構建了空間機器人地面遙操作系統(tǒng)，并對其進行建模分析。完成該系統(tǒng)的總體設計以及主機械臂子系統(tǒng)、虛擬環(huán)境子系統(tǒng)、人機交互子系統(tǒng)、地面運行管理子系統(tǒng)等功能模塊的功能設計，并可以利用時延仿真子系統(tǒng)進行大時延條件下的典型空間機械臂遙

3、操作作業(yè)任務和功能驗證。
　　針對遙操作系統(tǒng)中主從異構機械手的空間映射問題，對自行設計的七自由度力反饋手控器進行運動學分析，為從該人機交互設備解算出操作者的位置指令并生成準確的力反饋信息提供了基礎。接著對從端使用的雄克七自由度冗余機械臂進行運動學分析，解決了該冗余機械臂的運動學正逆解問題，并采用旋量抑制的方法對該機械臂進行奇異性分析。最后討論了主從異構遙操作系統(tǒng)運動匹配的方法。
　　針對空間遙操作系統(tǒng)中的大時延問題，鑒于視覺

4、和力覺作為操作者感知作業(yè)環(huán)境現(xiàn)場的最主要的信息提示方式和手段，建立了基于三維環(huán)境建模與修正的視覺/力覺輔助的遙操作系統(tǒng)。使用KINECT相機采集三維點云信息并重建3D場景，采用窗口自適應的滑動最小二乘法在線辨識未知環(huán)境中的模型動力學參數(shù)并實時更新。此外，利用人工勢場的控制方法，提供相應的引力或斥力，提高了操作者控制遠端機器人避障及接近目標效率。
　　使用肌電信號作為空間機器人地面遙操作中的控制信號來源之一，通過采集肌電信號并進行特