力反饋的機(jī)械臂遠(yuǎn)程操控系統(tǒng),能夠?yàn)椴倏卣咛峁┡R場感,縮短任務(wù)時間,提高操控效果和實(shí)現(xiàn)精細(xì)操控。研究人員對遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了大量研究,但大多都基于提高性能和解決延時等問題,遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)作為人機(jī)交互設(shè)備,人機(jī)工效會對操控任務(wù)產(chǎn)生很大影響,本文圍繞人機(jī)工程學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì),研究適合人體力覺感知的人機(jī)交互系統(tǒng)。在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面,操控臺的人機(jī)工程學(xué)、反饋力大小、機(jī)構(gòu)的靈活性以及操控主手高精度、低質(zhì)量和良好的重力補(bǔ)償策略都將影響操控者的操控體驗(yàn)、操控精度和操控效率。本文在基于目前操控器構(gòu)型基礎(chǔ)上,將位置和姿態(tài)分離,使用左手位置控制,右手姿態(tài)控制的雙手協(xié)調(diào)操控方式,解決通常力反饋設(shè)備反饋力大小和機(jī)構(gòu)靈活性存在沖突的問題,也同時解決力傳感器安裝問題,實(shí)現(xiàn)力的閉環(huán)控制。在操控器結(jié)構(gòu)優(yōu)化上,改進(jìn)轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu),引入直驅(qū)電機(jī)和繩驅(qū)動組合的方式,解決操控器間隙問題,引入被動重力補(bǔ)償機(jī)制,對左手操控器Delta機(jī)構(gòu)的主動臂進(jìn)行改進(jìn),通過改變主動臂構(gòu)型的方式改變主動臂重心,并引入彈簧提供補(bǔ)償力矩,在減輕機(jī)構(gòu)重量的同時提供了高扭矩的被動重力補(bǔ)償量,對右手串聯(lián)型操控器,采用對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加配重的方式調(diào)節(jié)重心位置... 

【文章來源】：長春理工大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

美國ANL實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的主從式遙控機(jī)械手在太空探索方面，如圖1.2所示的為國際空間站中安裝的加拿大臂（SRMS）就是

第1章緒論3圖1.2加拿大臂圖1.3機(jī)械臂抓取貨運(yùn)飛船如圖1.4所示，是2005年2月德國宇航中心研制的ROKVISS遙操作機(jī)器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有兩個自由度，擁有自主狀態(tài)模式和力反饋狀態(tài)下的遙操作模式，能在20s的時延環(huán)境內(nèi)，完成地面與空間站的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。ROKVISS系統(tǒng)能夠高度復(fù)現(xiàn)從端環(huán)境，但該系統(tǒng)采用在德國上空進(jìn)行遠(yuǎn)程作業(yè)，作業(yè)時間短，目前僅能夠完成簡單的實(shí)驗(yàn)[10]。圖1.4ROTEX系統(tǒng)示意圖2015年9月7日，國際空間站利用力反饋機(jī)械臂遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)，遠(yuǎn)程操作地面實(shí)驗(yàn)室的機(jī)械臂，成功將金屬圓棒插入間隙小于0.15mm特定圓孔中。其研發(fā)的“模型調(diào)節(jié)控制”在整個空間信息傳輸系統(tǒng)傳輸距離超過144000公里的條件下，成功進(jìn)行了試驗(yàn)[11]。該試驗(yàn)之所以能夠成功的安裝小間隙零件，原因之一在于操控者能夠感受到有效的力覺，但目前該系統(tǒng)通信鏈傳輸途徑復(fù)雜，延時超過1s，只能實(shí)現(xiàn)簡單的試驗(yàn)，要想完成更多功能，還需要深入研究和處理通信問題。在醫(yī)療領(lǐng)域，美國IntuitiveSurgics公司在1990年得到了美國國家衛(wèi)生局的投資，到目前為止共推出了四代產(chǎn)品，圖1.5是其開發(fā)的DaVinci手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，在目前臨床中被廣泛應(yīng)用[12]。該系統(tǒng)是由搭載主手和三維成像系統(tǒng)的醫(yī)生控制臺以及從端手術(shù)機(jī)械臂構(gòu)成，通過變尺度遙操作控制，輔助醫(yī)生進(jìn)行操控[13,14]。這種手術(shù)系統(tǒng)，切口小，恢復(fù)快，能夠在不同的空間維度內(nèi)實(shí)施手術(shù)。目前全球安裝該手術(shù)機(jī)器人已經(jīng)超過4000臺，為至少500萬患者服務(wù)過，是遠(yuǎn)程操控機(jī)械臂在醫(yī)療領(lǐng)域最成功的應(yīng)

第1章緒論3圖1.2加拿大臂圖1.3機(jī)械臂抓取貨運(yùn)飛船如圖1.4所示，是2005年2月德國宇航中心研制的ROKVISS遙操作機(jī)器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有兩個自由度，擁有自主狀態(tài)模式和力反饋狀態(tài)下的遙操作模式，能在20s的時延環(huán)境內(nèi)，完成地面與空間站的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。ROKVISS系統(tǒng)能夠高度復(fù)現(xiàn)從端環(huán)境，但該系統(tǒng)采用在德國上空進(jìn)行遠(yuǎn)程作業(yè)，作業(yè)時間短，目前僅能夠完成簡單的實(shí)驗(yàn)[10]。圖1.4ROTEX系統(tǒng)示意圖2015年9月7日，國際空間站利用力反饋機(jī)械臂遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)，遠(yuǎn)程操作地面實(shí)驗(yàn)室的機(jī)械臂，成功將金屬圓棒插入間隙小于0.15mm特定圓孔中。其研發(fā)的“模型調(diào)節(jié)控制”在整個空間信息傳輸系統(tǒng)傳輸距離超過144000公里的條件下，成功進(jìn)行了試驗(yàn)[11]。該試驗(yàn)之所以能夠成功的安裝小間隙零件，原因之一在于操控者能夠感受到有效的力覺，但目前該系統(tǒng)通信鏈傳輸途徑復(fù)雜，延時超過1s，只能實(shí)現(xiàn)簡單的試驗(yàn)，要想完成更多功能，還需要深入研究和處理通信問題。在醫(yī)療領(lǐng)域，美國IntuitiveSurgics公司在1990年得到了美國國家衛(wèi)生局的投資，到目前為止共推出了四代產(chǎn)品，圖1.5是其開發(fā)的DaVinci手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，在目前臨床中被廣泛應(yīng)用[12]。該系統(tǒng)是由搭載主手和三維成像系統(tǒng)的醫(yī)生控制臺以及從端手術(shù)機(jī)械臂構(gòu)成，通過變尺度遙操作控制，輔助醫(yī)生進(jìn)行操控[13,14]。這種手術(shù)系統(tǒng)，切口小，恢復(fù)快，能夠在不同的空間維度內(nèi)實(shí)施手術(shù)。目前全球安裝該手術(shù)機(jī)器人已經(jīng)超過4000臺，為至少500萬患者服務(wù)過，是遠(yuǎn)程操控機(jī)械臂在醫(yī)療領(lǐng)域最成功的應(yīng)


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