發(fā)布時間：2020-09-18 10:09

【摘要】：隨著機器人的智能化和應用的普及化,人機交互成為機器人領域的研究重點。帶有力反饋的數據手套是人機交互的重要實現方式,基于動作捕捉技術研制的數據手套可以實現對人手手指和手臂的姿態(tài)采集,將采集到的手指彎曲角度和手臂姿態(tài)數據轉換為機械手驅動電機的旋轉角度,從而實現對機械手姿態(tài)的遠程同步控制。利用力反饋裝置將機械手與環(huán)境的交互力復現到人手,給操作者產生一種身臨其境的虛擬感受,實現將人的主觀意志結合到機械手控制上,從而降低機械手的控制難度,提高控制效率。本文根據力反饋數據手套和動作捕捉技術的國內外研究現狀,針對目前力反饋數據手套存在的作用點單一的問題,提出了雙平行四邊形的力反饋結構,通過單電機驅動實現同時在兩個指節(jié)上產生相等的拉力,從而增加操作者的臨場感體驗。力反饋系統通過電機拖動剛性拉繩在手指端產生指定的拉力,并將電機和驅動裝置等硬件設備置于手掌,從而減小力反饋結構對手指的約束力。根據人手手指運動的不同狀態(tài),設計了三閉環(huán)負反饋PID控制器實現電機精確的位置控制,從而在人手手指做伸展運動時及時收繩;設計了參數自整定的模糊PID控制器實現電機快速、靈敏的力矩控制,從而及時將機械手與環(huán)境的交互力復現到人手。通過九軸姿態(tài)傳感器實現了手臂和手腕的姿態(tài)采集,基于卡爾曼濾波的姿態(tài)融合算法結合多傳感器各自的優(yōu)勢,實現了姿態(tài)的精確采集。由于連桿結構具有確定的運動規(guī)律,通過角度傳感器測量力反饋結構中連桿的角度信息,從而間接測量人手手指的運動角度。通過姿態(tài)解算算法將手臂、手腕和五根手指的姿態(tài)信息轉換為機械手11個電機的運動角度,通過無線串口將其打包發(fā)送給遠端機械手并驅動其運動,從而實現機械手實時跟隨人手運動。根據功能需求,設計了上下兩層嵌入式硬件PCB板,上下兩層板通過板連接器連接,其中電機驅動、姿態(tài)解算、電源管理等核心功能的硬件電路設計在下層板,系統與外界的所有通信接口設計在上層板,后期需要更換與系統的交互設備時,直接更新上層板即可,有利于系統的二次開發(fā),同時通過上下兩層板的設計方式,減小了PCB板占用的空間,更加符合可穿戴設備微型化的設計需求。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：Q811;TP241
【圖文】：

圖 1-1 LRP 力反饋數據手套據手套反饋數據手套是 1999 年由美國，CyberGrasp 是目前商業(yè)化的 CyberGlove 數據手套配合使每個手指添加阻力反饋。Cybe立控制一根手指的阻力反饋，馬力，而且該系統可使手部在整個索作為中間驅動，電機和驅動器輕了佩戴者手背的負荷，有利于泛使用于虛擬現實設備中[12-13]

圖 1-1 LRP 力反饋數據手套據手套 力反饋數據手套是 1999 年由美國 V展，CyberGrasp 是目前商業(yè)化最成發(fā)的 CyberGlove 數據手套配合使用為每個手指添加阻力反饋。CyberG獨立控制一根手指的阻力反饋，馬達力，而且該系統可使手部在整個運繩索作為中間驅動，電機和驅動器與減輕了佩戴者手背的負荷，有利于增廣泛使用于虛擬現實設備中[12-13]，C。

電子科技大學碩士學位論文隆大學研究了一種通過佩戴者的肌肉部矯正外骨骼裝置。圖 1-3 為 CMU 機械結構由安裝在手背上的鋁制硬板定一個鋁帶，鋁帶設計可根據不同的力由壓縮氣缸拉動連接在每個鋁帶上簧在手指彎曲時產生回彈拉力，當手狀態(tài)。MCP 指節(jié)的彎曲推力由壓縮推動時，產生導致 MCP 指節(jié)彎曲的MCP 指節(jié)伸展的拉力。大拇指有一個抓握物體時，其他拇指向內彎曲產生的作用。該裝置主要用于幫助有手指

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本文編號：2821509