基于虛擬夾具的機器人遙操作運動導航與力反饋技術(shù)研究.pdf

1、機器人遙操作系統(tǒng)在科學研究和工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛應用。對機器人遙操作技術(shù)的理論研究，有助于提高遙操作系統(tǒng)的透明性和操作便捷性。本文著重研究機器人遙操作系統(tǒng)的主-從端位置映射和力映射方法、基于虛擬夾具的機器人運動導航和集成虛擬環(huán)境的遙操作系統(tǒng)設計等方面的關(guān)鍵技術(shù)。
　　 主-從機器人之間的位置映射和力映射算法直接影響系統(tǒng)的可行性、透明性和穩(wěn)定性。為了使主機器人的運動范圍最大程度地覆蓋從機器人工作空間，提出了融合觸覺輔助的工作空間漂移

2、控制策略，擴展了主機器人的運動映射范圍。為增強遙操作系統(tǒng)對不同環(huán)境的適應性，提出基于環(huán)境剛度估計的力映射函數(shù)設計方法，根據(jù)環(huán)境剛度估計值調(diào)節(jié)從端到主端的力映射函數(shù)參數(shù)。當剛度估計值小于預定義的環(huán)境剛度閾值時，定義環(huán)境為“柔軟”的，采用非線性力映射方法，以提高操作者對環(huán)境剛度變化的感知。
　　 為了輔助操作者更為精確便捷地完成遙操作任務，定義了五種不同的虛擬夾具基約束類型，及各種約束引導方向的計算方法，對不同任務下操作者的不同運動

3、模式，在線生成虛擬夾具引導路徑，為從機器人運動提供導航；針對遠程作業(yè)過程中從機器人對操作對象的定位存在誤差導致虛擬夾具引導方向計算不準確的問題，提出虛擬夾具引導路徑的主動柔順控制方法，根據(jù)環(huán)境作用力修正虛擬夾具引導路徑，以消除虛擬夾具引導方向的計算誤差。
　　 針對虛擬夾具約束力削弱遙操作系統(tǒng)透明性這一問題，提出一種基于虛擬夾具約束方向力反饋的雙邊遙操作控制結(jié)構(gòu)，通過將約束力沿虛擬夾具引導方向和約束方向進行分解的策略，消除其在虛

4、擬夾具引導方向上的分量。通過MATLAB/Simulink模塊對該控制結(jié)構(gòu)進行仿真分析，驗證其提高系統(tǒng)透明性的效果。
　　 開發(fā)了集成虛擬環(huán)境的機器人遙操作系統(tǒng)。利用虛擬樣機技術(shù)在系統(tǒng)主端建立從機器人及其工作環(huán)境的虛擬模型，對從機器人的運動進行仿真，并實時估算任務過程中的環(huán)境作用力，更新虛擬機器人及操作對象的狀態(tài)，實時反饋給操作者。由于操作者與虛擬環(huán)境之間無明顯時延，虛擬仿真環(huán)境能為操作者提供實時、穩(wěn)定的視覺和力覺反饋，從而削弱