遥操作机器人的力觉再现技术研究

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1、西南科技大学研究生学位论文遥操作机器人的力觉再现技术研究年级2015级姓名徐亮申请学位级别硕士专业控制科学与工程指导教师张华ClassifiedIndex:TP242.2U.D.C:621.3SouthwestUniversityofScienceandTechnologyMasterDegreeThesisResearchonForceRespectingTechniqueofTeleoperationRobotGrade:2015Candidate:XuLiangAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:C

2、ontrolScienceandEngineeringSupervisor:ZhangHua西南科技大学硕士研究生学位论文第I页摘要目前，在遥操作机器人的作业过程中，主端操作者大都依赖从端视觉反馈信息进行远程作业，虽然在较复杂的非重复性操作中操作者能够通过视觉信息大致判断作业情况，但是常常难以精确感知从端末端与作业对象之间接触或碰撞时的相对位置，更无法精确感受从端作业机械臂末端与目标物在作业过程中产生的力觉。从端机器人在作业过程过度的依赖于视觉和其它辅助感知器件，并对主端操作人员有着严格的操作技术要求，以致作业效率低下。针对上述问题，本文对遥操作机器人

3、从端力觉的再现展开研究。首先，采用非线性变阻尼参数与位形约束的方式，并根据作业对象的材质参数，设计了多状态目标模型。在无力觉传感器的情况下建立从端与作业对象的力觉产生系统，研究从端与目标物在接触碰撞过程中的力觉关系。其次，构建稳定的双边控制系统，使得从端机械臂在作业运动过程中产生的力觉能在操作主端再现，操作者通过主端交互设备能够感受到力觉，实现操作者对从端的力觉感知。再者，考虑到现实应用及系统的特点，分别设计了主从同构和主从异构的力觉再现系统。在主从同构系统中提出了阻抗/模糊PD双边控制系统；在主从异构系统中，提出了任务调度的控制方案，利用操作空间实现

4、从端力觉再现。尽管力觉再现系统的控制结构及控制算法有所不同，其核心都是让操作人员能够较为精确的感知从端与作业对象所产生的力觉信息。力觉再现系统在设计过程中也将系统的稳定性、主从位置跟踪的准确性等性能与控制策略相结合，并优化控制系统参数。充分提高系统的力觉再现能力，增强操作对从端的力觉信息感知能力，降低对操作者的操作技术要求，提高系统的作业效率。最后，运用PhantomOmni和Kinova设备在VS2010和Matlab2010b下对以上三种力觉再现系统进行了设计与实现。关键词：遥操作系统；主从同构；空间匹配；主从异构；力觉再现西南科技大学硕士研究生学

5、位论文第II页AbstractAtpresent,theteleoperationrobotswerecontrolledbyoperatorswhomostlyreliedonvisualfeedbackinformationduringtheoperationofthemaster.Itwasdifficulttoaccuratelyperceivetherelativepositionoftheendmanipulatorwhichwascontactedorcollisionbytargetobjectanditwasimpossibletoa

6、ccuratelysenseaboutthecollisionforcethoughworksituationdeterminedthroughthevisualinformationwhentheslavemanipulatorworkedinduringthesomuchcomplexnon-repetitiveoperation.Operatorswererequiredstrictwithtechnologyofoperationanditwasinefficientatworkaboutteleoperationrobotbecauseofr

7、elyingonvisualinformationandotherauxiliarysensingandoperatorproficiencyinsimpleworkprocess.ItwasresearchedaboutforceperceptionreproductionsystemofteleoperationrobotinthispaperFirstofall,themulti-statemodelsweredesignedaccordingtothematerialofdifferenceandadoptingthemethodofnonli

8、nearvariabledampingparameters.Theforce-producin