發(fā)布時間：2021-04-02 16:29

  目前,傳統(tǒng)意義上的空間機械臂難以應(yīng)對復雜多變的宇航作業(yè),因此更為靈巧智能的機器人宇航員應(yīng)運而生。但是由于機器人宇航員結(jié)構(gòu)復雜,而且空間工作環(huán)境非結(jié)構(gòu)化,目前人工智能和控制等方面的關(guān)鍵技術(shù)均不足以支撐全自主機器人執(zhí)行任務(wù)。一種切實可行的方法是將操作者加入控制閉環(huán),采用地面遙操作機器人宇航員的方式完成空間作業(yè)。對此本文建立了地面遙操作平臺,并對其中的運動映射和避奇異等關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。首先,搭建了基于Haptic Workstation的機器人宇航員遙操作系統(tǒng)。建立了機器人宇航員7自由度冗余臂的運動學模型,并重點分析了機械臂的閉環(huán)逆運動學。遙操作平臺集成了CyberForce和CyberGrasp等力反饋設(shè)備,實現(xiàn)了對機器人宇航員的實時遙操作控制。完成了Haptic Workstation平臺的標定,提出了改進的數(shù)據(jù)手套標定方法,解決了手套原始讀數(shù)側(cè)擺關(guān)節(jié)與彎曲基關(guān)節(jié)耦合的問題。其次,提出了基于CyberForce操作機器人宇航員臂的運動映射策略。該映射策略主要包含定縮放因子映射、變縮放因子映射和姿態(tài)調(diào)整映射策略。其中,定縮放因子映射策略主要基于機械臂工作空間的凸包簡化表示方法和工作空間包含關(guān)系檢測算法進行設(shè)計,該策略能夠確保機械臂擁有盡可能大的實際運動空間。變縮放因子映射策略通過對映射參數(shù)的在線調(diào)節(jié),能夠?qū)崿F(xiàn)輔助操作者躲避障礙和接近目標物體的效果。而姿態(tài)調(diào)整映射基于機械臂和CyberForce的末端坐標系進行增量映射,其操作過程直觀,操作方法符合操作者的習慣。再次,針對搭建的遙操作系統(tǒng)提出了一種層次化的避奇異方法。該方法能夠保證機械臂不會因為奇異性導致運動學計算過程陷入病態(tài)。在該方法中,機械臂的層次化奇異區(qū)域依據(jù)其奇異狀態(tài)下的關(guān)節(jié)配置和相應(yīng)的奇異評價指標進行劃分。當機械臂的處于良態(tài)奇異區(qū)域時,采用虛擬力反饋的方式對主端操作者的運動進行引導。一旦機械臂進入病態(tài)奇異區(qū)域,就采用改進的軌跡重構(gòu)法,對機械臂末端軌跡進行重構(gòu)。最后,在機器人宇航員遙操作平臺上,進行了運動映射算法和避奇異算法實驗,實驗結(jié)果證明了上述算法的正確性。通過遙操作抓取電鉆實驗,證明該平臺的有效性。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 蘇滿佳;吳鴻敏;谷世超;黃晶;管貽生;劉冠峰;;模塊化主從機器人的運動學映射算法[J];機器人;2015年06期

2 夏晶;蔣再男;劉宏;蔡鶴皋;;機器人宇航員遙操作中手臂運動映射優(yōu)化[J];華中科技大學學報(自然科學版);2012年12期

本文編號：1554980