面對(duì)災(zāi)后救援等環(huán)境中的復(fù)雜類人操作任務(wù),機(jī)器人的自主操作和遙操作至今仍然都是比較復(fù)雜的問(wèn)題。自主系統(tǒng)需要解決對(duì)象識(shí)別、定位和避障等問(wèn)題,但單純的遙操作系統(tǒng)需要處理信息丟失和延遲等通信問(wèn)題,并向操作員提供及時(shí)且適當(dāng)?shù)姆答伜铜h(huán)境感知。為應(yīng)對(duì)以上方案所面對(duì)的困難,本文基于ROS（Robot Operating System）平臺(tái)研究了一種面向操作任務(wù)的遠(yuǎn)程機(jī)器人交互系統(tǒng),對(duì)機(jī)器人交互系統(tǒng)架構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)方案和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法進(jìn)行了分析,并設(shè)計(jì)了融合任務(wù)級(jí)操作、主從遙操作和關(guān)節(jié)操作等模式以及虛擬交互仿真功能的人機(jī)交互軟件,以允許操作員在不同層面上對(duì)遠(yuǎn)端機(jī)器人進(jìn)行有效地監(jiān)督和靈活便捷地控制。本文根據(jù)對(duì)災(zāi)難環(huán)境類人操作任務(wù)的應(yīng)用需求分析,搭建了機(jī)器人交互系統(tǒng)平臺(tái),提出了一種基于ROS平臺(tái)的遠(yuǎn)程機(jī)器人交互系統(tǒng)的總體方案。為使交互系統(tǒng)有效地應(yīng)對(duì)復(fù)雜操作任務(wù),對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了總體運(yùn)動(dòng)分析,包括全身關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,確定了冗余自由度運(yùn)動(dòng)支鏈的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解方法,并提出了基于操作靈活性的全身運(yùn)動(dòng)策略,為交互系統(tǒng)整體控制方案的實(shí)現(xiàn)提供了基礎(chǔ)。針對(duì)系統(tǒng)面對(duì)的復(fù)雜操作任務(wù),本文提出基于任務(wù)分解和分類的規(guī)劃方法... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：85 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Robonaut機(jī)器人駕駛艙1998年起由日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所

鋅占湔鏡腦詮觳僮骱臀?蓿?攔??航局NASA研發(fā)了兩代最先進(jìn)的類人型機(jī)器人宇航員Robonaut-1[5][6]和Robonaut-2[7]。Robonaut類人機(jī)器人可以通過(guò)觸覺(jué)接口、預(yù)測(cè)仿真顯示和遠(yuǎn)程的臨場(chǎng)感設(shè)備可靠地進(jìn)行一些類人操作活動(dòng)，如機(jī)械接口的插拔任務(wù)、土壤的提取等。Robonaut機(jī)器人宇航員的交互系統(tǒng)是一個(gè)地面端的駕駛艙，如圖1-1所示，負(fù)責(zé)指揮任務(wù)[8]。駕駛艙在遙操作模式下為操作者提供了包括手套、頭盔、力反饋手控器、腳踏板和位置跟蹤儀等設(shè)備，以使操作者獲得更好的操控體驗(yàn)，如圖1-2所示。圖1-1Robonaut機(jī)器人駕駛艙圖1-2Robonaut交互控制1998年起由日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的學(xué)者發(fā)起的HRP（HumanoidRoboticsProject）項(xiàng)目，研發(fā)了如圖1-3所示的HRP系列的類人機(jī)器人，并為操作者提供了用于遠(yuǎn)程交互的遙操作系統(tǒng)[9]，如圖1-4所示。HRP交互系統(tǒng)的控制端包括：一對(duì)用于手臂操作的具有力反饋功能的6自由度主操作臂，一對(duì)用于連續(xù)輸入控制

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文3指令的3自由度簡(jiǎn)易操縱桿和輔助腳踏板；系統(tǒng)另外提供三維視覺(jué)信息顯示器、控制信息顯示器和狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制開(kāi)關(guān)�？▋�(nèi)基梅隆大學(xué)JoelChestnutt等提出了HRP的移動(dòng)交互系統(tǒng)[10]，如圖1-5所示；為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)操作者的簡(jiǎn)易高效控制，EeSianNeo等提出了結(jié)合操作者意圖和機(jī)器人自主功能的操縱桿交互系統(tǒng)[11]，使操作者能夠簡(jiǎn)單地利用一對(duì)3自由度操縱桿對(duì)30自由度類人形機(jī)器人HRP-1S和HRP-2進(jìn)行便捷地控制。之后MikeStilman等進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了用于操作大型重型物體的3自由度操縱桿全身交互系統(tǒng)[12]，如圖1-6所示。圖1-3HRP-2圖1-4HRP-2機(jī)器人遙操作系統(tǒng)圖1-5HRP-2-雙足移動(dòng)任務(wù)圖1-6HRP-2重物移動(dòng)任務(wù)德國(guó)航空航天中心（DLR）以及德國(guó)波恩大學(xué)自主智能系統(tǒng)組（AISG）等提出的多方式人機(jī)交互系統(tǒng)，使操作者能夠以更多的方式完成一些高度靈活的運(yùn)動(dòng)。如圖1-7所示的DLR機(jī)器人遙操作系統(tǒng)和圖1-8所示的AISG-Momaro機(jī)器人交互系統(tǒng)。其中，DLR通過(guò)操作兩個(gè)輕量臂DLR/KUKA輕量協(xié)作臂的手臂運(yùn)動(dòng)，并由配備的手柄控制器來(lái)控制靈巧手，可以獲得觸覺(jué)反饋[13]。AISG的Momaro是一種半人馬式的移動(dòng)操作機(jī)器人，通過(guò)眼動(dòng)儀和雷蛇控制器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的交互控制，該系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)用到了太空機(jī)器人和救災(zāi)機(jī)器人挑戰(zhàn)賽中，并得到了驗(yàn)證[14][15]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]雙臂采摘機(jī)器人自主連續(xù)作業(yè)建模與控制[D]. 周斌.上海交通大學(xué) 2018
[2]分布式架構(gòu)下服務(wù)機(jī)器人任務(wù)規(guī)劃與執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 馬陳強(qiáng).東南大學(xué) 2017
[3]基于虛擬夾具的空間機(jī)器人遙操作與示教技術(shù)研究[D]. 甘凱.華中科技大學(xué) 2017
[4]基于Java3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)仿真研究[D]. 錢小平.浙江工業(yè)大學(xué) 2013



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