HIT-DLR機(jī)器人靈巧手遙操作系統(tǒng)的研究.pdf

1、作為機(jī)器人末端操作器，機(jī)器人多指靈巧手具有多自由度、多手指協(xié)調(diào)的特點，是提高傳統(tǒng)機(jī)器人操作性能和作業(yè)水平的有效途徑之一。采用遙操作方式，將人作為系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)參與靈巧手的抓取控制是一種簡單有效的方法，利用人的抓取操作經(jīng)驗進(jìn)行高層次的任務(wù)規(guī)劃和命令設(shè)計，利用靈巧手完成任務(wù)執(zhí)行。本文在分析了臨場感靈巧手遙操作系統(tǒng)和解決機(jī)器人遙操作時延問題的研究基礎(chǔ)上，對HIT/DLR機(jī)器人靈巧手遙操作系統(tǒng)及相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。
　　

2、本文針對數(shù)據(jù)手套關(guān)節(jié)角度輸出精度低等缺點，建立了人手的運動學(xué)模型和各指尖位置的誤差模型。基于指尖位置閉環(huán)的方法完成了人手模型的參數(shù)識別，提高了人手模型幾何參數(shù)的精度，得到了較精確的人手手指指尖位置。建立了HIT/DLR靈巧手的運動學(xué)模型，分析了人手模型和靈巧手模型的結(jié)構(gòu)差異及其造成的映射困難。采用改進(jìn)的基于指尖位置的映射方法將人手的運動映射到靈巧手上，并進(jìn)行了映射算法的驗證和三維圖形仿真，試驗表明了映射結(jié)果能滿足基于數(shù)據(jù)手套的靈巧手遙操

3、作的要求。
　　臨場感技術(shù)是靈巧手遙操作中交互技術(shù)的核心，針對目前機(jī)器人遙操作系統(tǒng)中沉浸感不強(qiáng)等不足，本文建立了立體視覺反饋、力覺反饋和聽覺反饋的多通道臨場感靈巧手遙操作系統(tǒng)。論文分析了系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，完成了Rx60工業(yè)機(jī)器人臂和HIT/DLR靈巧手的底層控制，實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)手套和空間鼠標(biāo)的機(jī)器人臂和靈巧手操作；闡述了立體視覺原理，設(shè)計了兩自由度視覺平臺、雙目全局視覺和手眼視覺采集系統(tǒng)，并結(jié)合不同機(jī)器人遙操作任務(wù)和臨場感要求，分別實

4、現(xiàn)了分路式和分時式立體視覺顯示系統(tǒng)；實現(xiàn)了基于CyberGrasp力反饋裝置的力覺臨場感；最后完成了基于臨場感技術(shù)的機(jī)器人靈巧手遙操作實驗，實驗結(jié)果表明臨場感技術(shù)能使操作者產(chǎn)生身臨其境的感覺，提高操作者的感知能力和操作效果。
　　針對臨場感靈巧手遙操作實驗中操作者容易疲勞和大時延靈巧手遙操作問題，本文根據(jù)共享控制的思想，提出分層的HIT/DLR靈巧手局部自主抓取操作的控制框架。操作者利用具有的抓取經(jīng)驗知識，完成靈巧手抓取類別的分類

5、、靈巧手預(yù)抓取姿態(tài)、臂手協(xié)調(diào)趨近、預(yù)接觸點等上層抓取規(guī)劃；在底層控制中，根據(jù)不同抓取階段設(shè)計相應(yīng)的關(guān)節(jié)控制器，靈巧手自主地完成手指運動規(guī)劃、接觸力規(guī)劃和最后的抓取操作；中間層設(shè)計的觀測器根據(jù)觸發(fā)事件決定手指關(guān)節(jié)控制器的切換；最后完成的靈巧手局部自主抓取操作實驗證明了基于共享控制思想的靈巧手多層控制方法的有效性和可行性。
　　本文分析了大時延對臨場感靈巧手遙操作系統(tǒng)的影響和基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)克服通訊大時延的原理。提出了大時延環(huán)境下，結(jié)