機(jī)器人遙操作技術(shù)的研究.pdf

1、由于互聯(lián)網(wǎng)的通用性、交互性和經(jīng)濟(jì)性，故伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，以互聯(lián)網(wǎng)作為通訊媒介的遙操作技術(shù)也正成為機(jī)器人領(lǐng)域中的一個(gè)重要的前沿課題，受到許多國(guó)家的高度重視。目前國(guó)外已經(jīng)在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行了許多異地遙操作的實(shí)驗(yàn)，所有結(jié)果均顯示出通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行機(jī)器人遙操作在遠(yuǎn)程教學(xué)、設(shè)備共享、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程維修和危險(xiǎn)復(fù)雜環(huán)境下的裝配作業(yè)等領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。 本論文的研究?jī)?nèi)容來(lái)源于國(guó)家十五863項(xiàng)目“基于遠(yuǎn)程網(wǎng)開(kāi)放的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”和天津市自然科

2、學(xué)基金項(xiàng)目“基于遠(yuǎn)程網(wǎng)開(kāi)放的機(jī)器人遙操作作業(yè)模式的研究”，是其中理論和實(shí)踐的重要組成部分。本論文經(jīng)過(guò)研究和查閱國(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)，針對(duì)當(dāng)前遙操作中出現(xiàn)的問(wèn)題和不足，在基于互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器人遙操作軟件組織體系結(jié)構(gòu)、時(shí)變時(shí)延下雙邊控制技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、機(jī)器人遙操作精密裝配技術(shù)以及機(jī)器人作業(yè)模式等方面作了較為深入的研究。 論文首先對(duì)于諸如基于網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人遙操作系統(tǒng)的組織體系結(jié)構(gòu)和控制策略這些對(duì)于操作者透明的底層技術(shù)進(jìn)行了深入的分析和探討。在

3、認(rèn)真分析國(guó)內(nèi)外已有的基于網(wǎng)絡(luò)遙操作機(jī)器人平臺(tái)的基礎(chǔ)上，從分布式系統(tǒng)組織的角度出發(fā)，給出了幾種可行的遙操作機(jī)器人系統(tǒng)的組織體系結(jié)構(gòu)并分析其各自特點(diǎn)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)各種結(jié)構(gòu)的效率問(wèn)題進(jìn)行分析比較，從而對(duì)如何選擇遙操作機(jī)器人系統(tǒng)組織體系結(jié)構(gòu)問(wèn)題進(jìn)行了深入地探討；借助于無(wú)源理論與波積分方法，分析研究了主從式機(jī)器人遙操作的動(dòng)態(tài)模型，得到了使系統(tǒng)在時(shí)延情況下達(dá)到穩(wěn)定性的條件，然后根據(jù)這些條件實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在時(shí)變實(shí)驗(yàn)情況下的位置控制策略。為了實(shí)現(xiàn)遙控作業(yè)的

4、理想性能，通過(guò)將通訊環(huán)節(jié)重構(gòu)，給出了一個(gè)基于波積分的位置控制策略，并用Lyapnov方法對(duì)其在時(shí)變時(shí)延情況下的穩(wěn)定性給予了證明。 為了提高遙操作者的臨場(chǎng)感和控制的靈活度，本文引入了一種基于虛擬力勢(shì)場(chǎng)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。此技術(shù)是構(gòu)建在基于幾何方法的機(jī)器人標(biāo)定技術(shù)和基于圓柱包絡(luò)的碰撞檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上的。由于本文所設(shè)計(jì)的機(jī)器人標(biāo)定算法和碰撞檢測(cè)算法采用廉價(jià)的設(shè)備和簡(jiǎn)單算法，使得其能夠有效地提高機(jī)器人遙操作系統(tǒng)的安全性，增強(qiáng)操作者的臨場(chǎng)感，

5、便于操作者進(jìn)行控制。 增強(qiáng)機(jī)器人遙操作的作業(yè)能力是機(jī)器人遙操作研究中的一個(gè)重要努力方向，而如何使人更好地參與到機(jī)器人作業(yè)控制過(guò)程中，也是一個(gè)重要的問(wèn)題。針對(duì)結(jié)構(gòu)化環(huán)境和非結(jié)構(gòu)化環(huán)境遙操作精密裝配問(wèn)題，本文分別設(shè)計(jì)了兩種基于視覺(jué)的控制方法，并通過(guò)圖形圖像疊加等方法，加入了有效的人工輔助措施，很好地利用了人的智能，增強(qiáng)了精密作業(yè)系統(tǒng)的魯棒性和可實(shí)現(xiàn)性，并最終實(shí)現(xiàn)了遙操作精密裝配。 最后，本文針對(duì)軍事、反恐等領(lǐng)域機(jī)器人遙操作特