惯性轨迹重构在遥操作机器人应用中的研究

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2、‘更ｉ学科、专业：机械工程在；拓学号：２１２０１３０８５２０１０２０＾指导教师：Ｉ．别建新邢建平，完成見２Ｑ１６年今月＾期ｍ＾—，…＇靴＂、＊－谭械曲取：＾梯；嶺山巧？王－差．。一－公編＾西华大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中己经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体巴经发表的研究成果，也不包含其他己申请学位或其他用途使用过的成果一。与我同工作

3、的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。＼学位论文作者签名我指导教师签名＾日期：西华大学学位论文版日权期使＼用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西华大学，罔意学校保留并向国家有关却口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借闽，西华大学可１＾将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复印

4、手段保存和汇编本学位论文。（保密的论文在解密后遵守此规定）学位论文作者签名：指导教师签名曰期：曰期：＼＼ClassifiedIndex:UDC:XihuaUniversityMasterDegreeDissertationResearchonTrackReconstructionBasedonInertiaMeasurementinTele-operationRobotApplicationCandidate:ZhangYangMajor:MechanicalEngineeri

5、ngStudentID:212013085201020Supervisor:LiuJianxinDengJianpingMay,2016摘要随着人类对未知空间探索的深入和某些高危作业的需要，结合了人的智能和机器人的高可靠性、高作业精度的遥操作机器人技术在空间探索、海洋开发、原子能应用、抢险救灾等领域有着非常重要的应用价值。由于遥操作机器人在执行任务时需要由人来提供决策，有效的人机交互手段是使人与机器人良好协同，使遥操作机器人能够快速、准确的完成任务的先决条件。本课题分析了目前人机交互的发展趋势，设计

6、了一种以人的运动作为交互信息的人机协同方式，针对此目标完成了以下工作：1、对各种运动检测手段进行分析和比较，明确了以人体运动过程中产生的惯性信号来重构人手在空间中的运动轨迹，并从轨迹上提取特征点作为机器人运动路径目标点的总体思路。2、对捷联惯性导航中关于速度和位置推算的理论行了归纳和梳理，用作本课题的理论基础。3、对本课题所使用的MEMS惯性传感器的原理和误差进行了分析。在姿态角推算方面，着重讨论了卡尔曼滤波算法在加速度、角速度信号融合中的应用，并设计实现了基于四元数的卡尔曼滤波器。在运动加速度积累

7、误差抑制方面，分析目前常用的主流算法，并且设计了适用于本课题的积累误差抑制算法。讨论了直接用运动加速度积分后得到的轨迹点来作为机器人路径点的可能性，设计了基于位移阈值的轨迹点提取算法，从重构的轨迹点中提取出部分特征点用作机器人运动路径的目标点。4、对机器人系统中的各种坐标系进行了介绍，并且设计了初始对准步骤。利用微控制器STM32F407和惯性传感器MPU-6050搭建惯性信号采集平台；用MATLAB搭建惯性信号处理平台；用ABB公司工业机器人系统IRC5和IRB1410搭建机器人平台。并在搭建好的

8、平台上设计实验，对本课题设计的各种算法进行验证，最后对系统进行整体验证。经过上述理论分析和实验验证，证明了本课题设计的惯性轨迹重构方案能应用于对机器人运动轨迹的控制，并为以后进一步的研究打下了基础。关键词：遥操作机器人；人机交互；惯性导航；轨迹重构；卡尔曼滤波IAbstractWiththedevelopingrequirementofhumanexplorationinunknownspaceandhigh-riskjobs,thetele-operationrob