基于网络的遥操作机器人七自由度数据臂关键技术研究

摘要

面向遥操作和虚拟现实技术的人机交互设备在远程机器人遥控、遥医疗、航空航天等方面有十分广泛的应用前景,是目前国际前沿研究的热点问题.该文阐述了北京航空航天大学机器人研究所基于网络的遥操作机器人七自由数据臂的设计研究内容以及基于Agent的遥操作控制结构.BUAA-Ⅲ型数据臂是一种面向手臂关节的带有局部力反馈的人机交互设备,我们通过使用ADAMS运动仿真软件,确定用于检测手臂关节运动的空间机构,建立了数学模型.在此基础上完成了机构设计工作并在其中两个自由度上加入力反馈机构.BUAA-Ⅲ型数据臂采用由上位PC机和下位基于ARM的嵌入式多轴控制器组成的控制系统.使用BUAA-Ⅲ型数据臂控制虚拟PUMA262完成的两个实验,取得了良好的效果,证明BUAA-Ⅲ型数据臂的设计达到了预期的目标.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1遥操作概念及其关键技术

1.2数据臂的概念及意义

1.3数据臂的研究现状

1.3.1国外现状

1.3.2国内现状

1.3.3现有数据臂性能分析

1.4本论文的研究内容及章节安排

2基于Agent的网络遥操作机器人体系结构

2.1研究背景

2.2体系结构

2.2.1智能控制器(Agent)

2.2.2网络通讯子系统

2.2.3仿真规划子系统

2.2.4人机交互设备

2.3遥操作系统控制策略

2.4结论

3数据臂的设计与研制

3.1手臂的模型分析

3.1.1手臂的自由度分析

3.1.2手臂的运动机制

3.1.3手臂的运动分析

3.2方案提出

3.2.1现有数据臂的测量方案分析

3.2.2 BUAA-Ⅲ型数据臂的方案选择

3.3 BUAA-Ⅲ型数据臂机械结构原理设计

3.3.1数据臂的虚拟设计

3.3.2数据臂测量机构自由度及数学模型分析

3.3.3数据臂中的部分关节力反馈方案

3.3.4数据臂的整体机械设计

3.4数据臂控制系统

3.4.1数据臂控制系统硬件系统结构

3.4.2控制系统软件设计

3.5实验数据

3.5.1重复定位精度实验

3.5.2运动对照实验

3.6小结

4数据臂实现主从控制研究及实验

4.1操纵型机器人构成及其特征

4.2主从操纵方式系统

4.3异构控制方法

4.4 BUAA-Ⅲ型数据臂对异构从动机器人的主从控制方法

4.5虚拟从动机器人PUMA262的仿真实现

4.6 BUAA-Ⅲ型数据臂控制虚拟机器人的仿真实验

4.7实验结论

5结论和展望

致谢

参考文献