發(fā)布時間：2017-10-08 23:10

  本文關(guān)鍵詞：慣性軌跡重構(gòu)在遙操作機器人應(yīng)用中的研究

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【摘要】：隨著人類對未知空間探索的深入和某些高危作業(yè)的需要,結(jié)合了人的智能和機器人的高可靠性、高作業(yè)精度的遙操作機器人技術(shù)在空間探索、海洋開發(fā)、原子能應(yīng)用、搶險救災(zāi)等領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用價值。由于遙操作機器人在執(zhí)行任務(wù)時需要由人來提供決策,有效的人機交互手段是使人與機器人良好協(xié)同,使遙操作機器人能夠快速、準確的完成任務(wù)的先決條件。本課題分析了目前人機交互的發(fā)展趨勢,設(shè)計了一種以人的運動作為交互信息的人機協(xié)同方式,針對此目標完成了以下工作:1、對各種運動檢測手段進行分析和比較,明確了以人體運動過程中產(chǎn)生的慣性信號來重構(gòu)人手在空間中的運動軌跡,并從軌跡上提取特征點作為機器人運動路徑目標點的總體思路。2、對捷聯(lián)慣性導(dǎo)航中關(guān)于速度和位置推算的理論行了歸納和梳理,用作本課題的理論基礎(chǔ)。3、對本課題所使用的MEMS慣性傳感器的原理和誤差進行了分析。在姿態(tài)角推算方面,著重討論了卡爾曼濾波算法在加速度、角速度信號融合中的應(yīng)用,并設(shè)計實現(xiàn)了基于四元數(shù)的卡爾曼濾波器。在運動加速度積累誤差抑制方面,分析目前常用的主流算法,并且設(shè)計了適用于本課題的積累誤差抑制算法。討論了直接用運動加速度積分后得到的軌跡點來作為機器人路徑點的可能性,設(shè)計了基于位移閾值的軌跡點提取算法,從重構(gòu)的軌跡點中提取出部分特征點用作機器人運動路徑的目標點。4、對機器人系統(tǒng)中的各種坐標系進行了介紹,并且設(shè)計了初始對準步驟。利用微控制器STM32F407和慣性傳感器MPU-6050搭建慣性信號采集平臺;用MATLAB搭建慣性信號處理平臺;用ABB公司工業(yè)機器人系統(tǒng)IRC5和IRB1410搭建機器人平臺。并在搭建好的平臺上設(shè)計實驗,對本課題設(shè)計的各種算法進行驗證,最后對系統(tǒng)進行整體驗證。經(jīng)過上述理論分析和實驗驗證,證明了本課題設(shè)計的慣性軌跡重構(gòu)方案能應(yīng)用于對機器人運動軌跡的控制,并為以后進一步的研究打下了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：遙操作機器人 人機交互 慣性導(dǎo)航 軌跡重構(gòu) 卡爾曼濾波
【學(xué)位授予單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 遙操作機器人人機交互研究綜述9-13
• 1.2.1 受限人機交互10-11
• 1.2.2 非受限人機交互11-12
• 1.2.3 基于運動檢測的人機交互方案12-13
• 1.3 慣性技術(shù)在人機交互中的應(yīng)用13-14
• 1.4 本論文的主要研究工作14-15
• 1.4.1 主要研究內(nèi)容14
• 1.4.2 具體章節(jié)安排14-15
• 2 慣性式軌跡重構(gòu)的基本理論15-28
• 2.1 坐標變換16-19
• 2.2 姿態(tài)推算19-24
• 2.2.1 方向余弦法20-21
• 2.2.2 歐拉角法21
• 2.2.3 四元數(shù)法21-24
• 2.2.4 加速度計測姿原理24
• 2.3 重力加速度補償24-25
• 2.4 運動加速度積分環(huán)節(jié)25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-28
• 3 MEMS慣性傳感器原始數(shù)據(jù)處理28-43
• 3.1 MEMS慣性傳感器原理及誤差種類28-33
• 3.1.1 MEMS加速度計原理28-30
• 3.1.2 MEMS陀螺儀原理30-31
• 3.1.3 MEMS慣性傳感器誤差種類31-33
• 3.1.4 MEMS慣性傳感器誤差補償方法33
• 3.2 基于四元數(shù)和卡爾曼濾波的姿態(tài)解算33-38
• 3.2.1 卡爾曼濾波原理34-36
• 3.2.2 基于四元數(shù)的經(jīng)典卡爾曼濾波設(shè)計36-37
• 3.2.3 卡爾曼濾波步驟37-38
• 3.3 加速度數(shù)據(jù)處理38-41
• 3.3.1 已有的累計誤差抑制算法39-40
• 3.3.2 積累誤差抑制算法的設(shè)計40-41
• 3.3.3 軌跡目標點的獲取41
• 3.4 本章小結(jié)41-43
• 4 機器人跟蹤平臺實現(xiàn)和初始對準43-57
• 4.1 遙操作系統(tǒng)實現(xiàn)43-53
• 4.1.1 遙操作系統(tǒng)硬件架構(gòu)43-46
• 4.1.2 上位機/下位機子系統(tǒng)程序設(shè)計46-48
• 4.1.3 上位機/下位機子系統(tǒng)可靠通信的設(shè)計48-51
• 4.1.4 上位機/機器人子系統(tǒng)程序設(shè)計51-53
• 4.1.5 上位機/機器人子系統(tǒng)可靠通信設(shè)計53
• 4.2 系統(tǒng)初始對準53-56
• 4.2.1 坐標系的選擇53-54
• 4.2.2 坐標系對準步驟54-56
• 4.3 本章小結(jié)56-57
• 5 實驗及結(jié)果分析57-64
• 5.1 卡爾曼濾波實驗57-59
• 5.2 加速度積累誤差抑制和積分實驗59-60
• 5.3 軌跡重構(gòu)與目標點提取實驗60-61
• 5.4 機器人跟蹤實驗61-63
• 5.5 本章小結(jié)63-64
• 6 結(jié)論與展望64-65
• 6.1 本文總結(jié)64
• 6.2 研究方向及展望64-65
• 參考文獻65-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果68-69
• 致謝69-70

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1 倪濤,趙丁選,鞏明德;遙操作工程機器人遙控端軟件設(shè)計[J];工程機械;2003年02期

2 丑武勝,戰(zhàn)強;空間遙操作機器人系統(tǒng)控制參考模型[J];宇航學(xué)報;2003年04期

3 陳俊杰,黃惟一;遙操作機器人系統(tǒng)克服時延影響的關(guān)鍵技術(shù)[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2004年S1期

4 芮素波;曾慶軍;;基于網(wǎng)絡(luò)的遙操作機器人系統(tǒng)傳輸時延研究[J];計算機工程與應(yīng)用;2006年27期

5 石錦;曾慶軍;;網(wǎng)絡(luò)遙操作機器人系統(tǒng)視頻傳輸及同步技術(shù)[J];江蘇科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年01期

6 宋長會;郭慶昌;劉來華;姜婷;;遙操作機器人系統(tǒng)圖像實時采集及傳輸技術(shù)[J];計算機測量與控制;2009年07期

7 沈顯慶;關(guān)顯華;;遙操作機器人系統(tǒng)的位置差-力差雙向控制策略研究[J];機械制造與自動化;2012年02期

8 崔建偉;;東南大學(xué)研制成功小型核化探測與應(yīng)急處理遙操作機器人[J];機器人技術(shù)與應(yīng)用;2012年01期

9 劉金良;田恩剛;顧洲;;多自由度遙操作機器人可靠性控制研究[J];中國科學(xué):信息科學(xué);2012年09期

10 符秀輝;張鵬;;基于時延切換的遙操作機器人控制研究[J];系統(tǒng)工程學(xué)報;2012年04期

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1 歐陽淑麗;韓冰;賈鑫;劉穎;;多遙操作方式的網(wǎng)絡(luò)遙操作機器人系統(tǒng)實現(xiàn)[A];第七屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

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4 鄭敏;費樹岷;;遙操作機器人系統(tǒng)的透明性控制[A];中國計量協(xié)會冶金分會2007年會論文集[C];2007年

5 曾慶軍;趙呈濤;王艷;;基于軟組織環(huán)境的遙操作機器人系統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)控制研究[A];中國自動化學(xué)會控制理論專業(yè)委員會B卷[C];2011年

6 石正坤;劉滿祿;謝云;;輻射環(huán)境下遙操作機器人防撞系統(tǒng)的設(shè)計[A];中國核科學(xué)技術(shù)進展報告（第二卷）——中國核學(xué)會2011年學(xué)術(shù)年會論文集第5冊（輻射防護分卷、核化工分卷）[C];2011年

7 鑒萍;李歧強;;遙操作機器人系統(tǒng)的內(nèi)模預(yù)測控制[A];第16屆中國過程控制學(xué)術(shù)年會暨第4屆全國故障診斷與安全性學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

8 王謙;符秀輝;;基于手機的網(wǎng)絡(luò)遙操作機器人系統(tǒng)實現(xiàn)研究[A];第六屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集（3）[C];2008年

9 曾慶軍;徐濤;徐晶晶;宋愛國;田小峰;;時延力覺臨場感遙操作機器人系統(tǒng)預(yù)測控制研究[A];江蘇省自動化學(xué)會七屆四次理事會暨2004學(xué)術(shù)年會青年學(xué)者論壇論文集[C];2004年

10 陳俊杰;薛曉紅;黃惟一;宋愛國;華亮;張齊;;基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的遙操作機器人的魯棒性控制策略研究[A];2003年中國智能自動化會議論文集（下冊）[C];2003年

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1 李玉玲;時延雙邊遙操作機器人系統(tǒng)控制方法研究[D];北京科技大學(xué);2016年

2 陳啟宏;遙操作機器人系統(tǒng)的智能控制研究[D];東南大學(xué);2003年

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5 趙迪;變時延環(huán)境下的任務(wù)級遙操作關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2011年

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10 崔峰;面向虛擬現(xiàn)實和遙操作的移動機器人同步定位與地圖創(chuàng)建技術(shù)研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2007年

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1 梁峰;三維場景實時重建技術(shù)在遙操作機器人上的實現(xiàn)[D];西南科技大學(xué);2015年

2 李川渠;遙操作機器人尾線收放裝置設(shè)計研究[D];西南科技大學(xué);2015年

3 傅威;基于網(wǎng)絡(luò)的遙操作機械臂控制系統(tǒng)研究[D];東南大學(xué);2015年

4 于洋;帶有時間戳的網(wǎng)絡(luò)遙操作機器人的預(yù)測控制方法[D];東北大學(xué);2014年

5 陳金濤;基于無線網(wǎng)絡(luò)的遙操作工程機器人運動提示方法研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2016年

6 劉文聰;靈巧手遙操作仿真技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2014年

7 林淵;基于增強現(xiàn)實技術(shù)的遙操作方式設(shè)計與實現(xiàn)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

8 紀磊;基于無源控制的多自由度遙操作機器人系統(tǒng)研究[D];華北電力大學(xué)(北京);2016年

9 夏則恒;基于Wi-Fi的遙操作移動機器人研究[D];南京林業(yè)大學(xué);2016年

10 曹宇;危險復(fù)雜環(huán)境遙操作機器人測控系統(tǒng)研究[D];東南大學(xué);2016年

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本文編號：996768