基于模型校正的空间机器人遥操作技术研究

摘要

当前,利用空间机器人对在轨飞行器进行维护等的需求随着空间活动的增加而变得更急迫。因受到计算机、人工智能等关键技术发展水平的限制,还无法实现完全自主地让空间机器人来完成在空间环境下的任务。因此,在原有机器人的智能基础上加上人的智能的空间机器人遥操作是完成当前各种空间任务的有效手段。本文研究了机器人运动学参数辨识的方法,同时搭建了一套遥操作地面实验平台,以验证手控器能稳定可靠操控机器人及虚拟现实技术可以有效解决时延问题。
　　三维预测仿真图像系统的搭建是用Pro/E建模,之后将模型3dMax中进行运动关系的定义,最后在VC++和OSG环境下对虚拟场景进行渲染处理。三维预测仿真图像系统是为操作者提供没有时延的机器人运动视觉信息,同时该系统具有为机器人运动提供碰撞检测信息和一些条件下的虚拟夹具。机器人运动学参数辨识采用了最小二乘算法和 PSO算法,对两种算法的辨识结果进行对比,以确定两种算法分别的辨识效果及适用范围。
　　在遥操作地面实验平台上,手控器作为遥操作主端机械臂,其给出从端机械臂运动的位姿量,借助于运动学逆解解得机械臂六个关节的角运动量。逆解得到的六个关节运动量直接传给三维预测仿真图像系统,让其预测机器人的运动情况,而从端机械臂接收到的是有延时的六个关节角的转动量,从端机械臂在运动的同时将与工作环境交互的力信息反馈回主端的手控器。
　　本文最后通过带时延的遥操作插孔实验来验证上述理论和搭建系统的可靠。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究目的及意义

1.2 遥操作技术研究现状

1.3遥操作技术发展趋势

1.4主要研究内容

第2章 三维预测仿真图形系统搭建

2.1 引言

2.2 三维预测仿真图形的发展与应用

2.3虚拟场景搭建

2.4 通信模块

2.5 本章小结

第3章 遥操作中异构手控器应用研究

3.1 引言

3.2 手控器应用背景

3.3六自由度的异构手控器

3.4机器人运动学建模

3.5手控器与机器人映射关系

3.6四种映射关系下的主从实验

3.7本章小结

第4章 空间机器人运动学参数辨识方法

4.1 引言

4.2 机器人运动学参数辨识模型

4.3 运动学参数辨识结果

4.4本章小结

第5章 仿真实验平台的搭建及实验

5.1 引言

5.2仿真实验系统总体架构

5.3带时延遥操作实验

5.4本章小结

结论

参考文献

声明

致谢