力觉机器手的研究与开发

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1、学号：12105108常州大学硕士学位论文力觉机器手的研究与开发研究生冯搏俞竹青教授指导教师学科、专业名称机械制造及其自动化研究方向机电一体化2015年5月ResearchandDevelopmentofRoboticArmswithForceTelepresenceADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByFengBoMechanicalManufacturinganditsAutomationDissertationSupervisor:Prof.YuZhu-qing

2、May，2015常州大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式标明。本人已完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权的说明本学位论文作者完全了解常州大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属常州大学。学校有权保留并向国家有关部门或机

3、构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。学位论文作者签名：签字日期：年月日导师签名：签字日期：年月日中文摘要临场感技术是当前机器人领域中新兴的前沿技术。在没有临场感的遥操作机器手系统中，操作者难以感知从手与环境的交互信息，这不利于操作者的决策。将临场感技术应用于遥操作机器手系统中，从手与环境的交互信息通

4、过各类传感器反馈给操作者。操作者可以实现对从手带感觉的控制，因此大大提高工作效率并且减少对操作对象误伤的几率。力觉临场感是临场感技术的主要表现形式，因此对力觉临场感技术的研究有着十分重要的现实意义。首先，在对国内外力觉机器手相关研究成果的调研和学习的基础上，提出本课题的研究意义。介绍了具有力觉临场感的机器手系统组成和本课题的总体设计方案。然后，分析了常用的5R关节型工业机械手的特点，设计了力觉机器手主手的机械气动结构。利用SolidWorks三维实体建模软件对主手进行模型建立与运动仿真。利用ANSYS有限元分析软件对主

5、手关键零件进行了静力学分析。建立了基于D-H法的主手连杆坐标系，分析其工作空间。最后，分析了力觉机器手典型的双向伺服控制策略，设计了以ATmega128单片机为核心主手控制器，并制了PCB板。详细介绍本文采用的位置传感器与力矩传感器工作原理。利用主手控制器实现对主手位置控制与力矩控制，并在ICCAVR集成开发环境下编写、调试程序。为了检验所开发的力觉机器手系统可靠性，制作了试验样机并搭建实验平台。完成了编码器信号采集验证实验、压力修正实验、静态力矩反馈与动态力矩反馈实验。经调试，主机器手运动顺畅，灵活易操作。实验结果表

6、明，系统硬件电路与控制软件能够正确工作。证明了本课题设计方案与实验方法的正确性。本文旨在开发一套力觉机器手主手系统以配合同构的工业机械手进行双向控制。为今后多关节、灵巧型、具有多种临场感的力觉机器手的开发奠定了基础。关键词：力觉临场感；机器手；双向控制；主手控制器IIIABSTRACTTelepresencetechnologyisanemergingcutting-edgetechnologyinthefieldofrobotics.Intheteleoperationrobotsystemwithouttelepr

7、esence,itisdifficultforoperatorstoperceptthecommunicationinformationofslaverobotanditssurroundings,whichwillgoagainstthedecision-makingofoperators.Applyingthetelepresencetechnologytotheteleoperationrobotsystem,thecommunicationinformationofslaverobotanditssurroun

8、dingsfeedbacktooperatorsthroughallkindsofsensors.Operatorsareabletoachievethecontrolofslaverobotwithtelepresence,thereforeitwillgreatlyimprovingtheworkingefficiencyan