混联式三自由度手控器的位置标定方法.pdf

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1、第２２卷第３期载人航天Vｏl．２２Ｎｏ．３２０１６年６月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆlｉｇｈｔＪｕｎ．２０１６混联式三自由度手控器的位置标定方法*朱澄澄，宋爱国，徐效农，倪得晶（东南大学仪器科学与工程学院，南京２１００９６）摘要：在使用一种混联式三自由度手控器的过程中发现其位置跟踪存在一定的误差，这种误差主要来自于一些重要部件的加工和装配误差。对此提出了一种针对这种结构的手控器位置跟踪精度的标定方法，通过分别对手控器三个自由度进行重新测量标定，计算出导致误差的零件的实际尺寸，修改手控器末端位置坐标的计算公式中的参数，提高了这种混联式结构手

2、控器的末端位置跟踪精度。关键词：手控器；遥操作；位置标定；混联式结构中图分类号：ＴＰ２４２文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１６）０３-０３６１-０７PositionCalibrationofaHybrid３-DOFHand-controller*ＺＨＵＣｈｅｎｇｃｈｅｎｇ，ＳOＮＧＡｉｇｕｏ，XＵXｉａｏｎｏｎｇ，ＮIＤｅｊｉｎｇ（ＳｃｈｏｏlｏｆIｎｓｔｒｕｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｗｈｅｎｕｓ

3、ｉｎｇａｈｙｂｒｉｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ３-ＤOＦｈａｎｄｃｏｎｔｒｏllｅｒ，ｔｈｅｒｅａlｗａｙｓｅｘｉｓｔｓｏｍｅｅｒｒｏｒｓｍａｉｎlｙｒｅｓｕlｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｍａｃｈｉｎｉｎｇａｎｄａｓｓｅｍｂlｙｅｒｒｏｒｓ．Ａｃａlｉｂｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｔｒａｃｋｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｉｓｔｙｐｅｏｆｈａｎｄ-ｃｏｎｔｒｏllｅｒ．Ｔｈｒｏｕｇｈｒｅ-ｍｅａｓｕｒｅ-ｍｅｎｔａｎｄｒｅ-ｃａlｉｂｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅａｃｔｕａlｓｉｚ

4、ｅｓｏｆｔｈｏｓｅｋｅｙｐａｒｔｓｏｆｔｈｅｈａｎｄ-ｃｏｎｔｒｏllｅｒｔｈａｔｂｒｏｕｇｈｔｔｈｅｅｒ-ｒｏｒｓｗｅｒｅｆｏｕｎｄｏｕｔ．Ｔｈｅｎｍｏｄｉｆｙｉｎｇｔｈｅｆｏｒｍｕlａ’ｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｉｔｈｔｈｅｒｅａlｓｉｚｅｃａlｃｕlａｔｅｄｉｎｔｈｅｃａlｉｂｒａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｗｉllｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｈａｎｄ-ｃｏｎｔｒｏllｅｒ’ｓｅｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎｔｒａｃｋｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙ．Keywords：ｈａｎｄ-ｃｏｎｔｒｏllｅｒ；ｔｅlｅ-ｏｐｅｒａｔｉｏｎ；ｐｏｓｉｔｉｏｎｃａlｉｂｒａｔｉ

5、ｏｎ；ｈｙｂｒｉｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ定可以提升手控器的性能。根据Ｈｏllｏｗａｙ针对１引言外科手术方案实施的增强虚拟现实系统所建模型人类有时候需要在有害环境中工作，为了确来看，整个虚拟现实系统或者遥操作系统的误差保工作人员的安全，开发能够代替人类在一些极主要来源有：数据采集、位置跟踪、回放以及视觉［１２］限条件下去执行危险任务的机器人显得尤为必图形误差，这四种误差来源又可以分为几何尺［１-２］要。含有人类决策功能的遥操作机器人系统寸误差和光学失真，其中几何尺寸误差就是来自将会极大地提高机器人完成复杂特殊任务的能于手控器的位置跟踪误差、

6、系统延时以及系统坐［３-６］［１３］力，让人类得以远离危险。那些特殊任务，如标的匹配偏差。Ｇｒｉｆｆｉｎ等人在构建一个遥操远程作业、远程医疗、太空探索、深海探测等，能够作系统的时候是对于虚拟模型进行标定的，他们［１４］由遥操作机器人系统轻松完成。在遥操作系统中标定的对象是一个虚拟手，这主要是为了降低手控器的性能直接影响了遥操作机器人系统的性视觉图形误差带来的影响，当然，他们标定所借助［７-８］能。特别是在一些特殊环境中，手控器要求很的工具则是一个经过标定校准的高精度数据手［９-１１］高的操作精度以完成特殊任务。套。ＪｈｏｎＭ等人在对一

7、个６自由度的并联手控在对手控器的应用中表明，对于手控器的标器进行标定的方法是针对整个手控器的控制回路收稿日期：２０１５-０８-２４；修回日期：２０１５-１２-２４基金项目：国家自然科学基金（６１３２５０１８，６１２７２３７９）作者简介：朱澄澄（１９８７－），男，博士研究生，研究方向为遥操作力反馈交互技术。Ｅｍａｉl：ｚｃｃｉｎｓ＿ｓｅｕ＠ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ*通讯作者：宋爱国（１９６８－），男，教授，研究方向为机器人感知与遥操作机器人技术。Ｅｍａｉl：ａ．ｇ．ｓｏｎｇ＠ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ３６２载人航天第２２卷［１８］进行标定，这个方

8、法能综合考虑手控器本身各为L２。每一个平台都建立了一个坐标系统，它们个部分所带来的误差，包括测量旋转角度的传感分别是oi-XiYiZi（i＝１，２，３）和o-XYZ。这样，建器等。而导致手控器的位置跟踪误差的诸多原因立了