基于虚拟现实的危险作业机器人遥操作控制系统研究

摘要

为了保证电力系统的供电可靠性，在电力线路检修作业中大部分采用带电作业完成互感器磁柱清扫、带电断线、带电T接线、带电短接（更换）跌落保险等工作。在国家863计划的资助下所设计的危险作业机器人可以代替人在高电压、强辐射的条件下进行带电作业，我们本着科学严谨的态度对危险作业机器人控制系统进行了改进与完善，进行本课题的研究。
　　 本课题将虚拟现实技术应用于危险作业机器人遥操作控制系统之中，有效地解决了遥操作控制过程中的“景深”问题，提高了危险作业机器人遥操作控制系统的智能性。论文主要包括危险作业机器人的结构组成介绍、作业机械臂的运动学分析、虚拟现实遥操作控制系统的软件实现、基于虚拟现实遥操作控制策略四部分。
　　 首先介绍了危险作业机器人的组成及其结构。危险作业机器人由移动升降车体、作业机械臂、控制主手等部分构成。文章先对危险作业机器人主体进行了介绍，然后对绝缘防护设、专用工具部分的具体结构进行了详细的描述。
　　 其次进行了作业机械臂的运动学分析。采用D-H建模的方法建立了作业机械臂的六个关节坐标系，并分别将其位置、姿态用坐标矩阵表示出来，然后通过矩阵变换、矩阵分解的方法求解作业机械臂的正解。通过解析的方式将作业机械臂逆解的解析表达式求出，用于主手信息的采集，然后运用轨迹插补算法推算作业机械臂的各关节运动角度，用于虚拟现实控制的编程。
　　 然后介绍了危险作业机器人虚拟现实遥操作控制系统的软件实现。将虚拟现实遥操作控制系统分为三维作业场景模块和作业机械臂控制模块，其中三维作业场景模块是在VRP-Platform三维软件与MicrosoftVisualC++6.0编程软件交互编写而成，具有实时反映真实作业场景的功能;作业机械臂控制模块由OpenGL图形软件与MicrosoftVisualC++6.0合作编写而成，具有反映作业机械臂运动过程、位置、姿态的作用。
　　 论文的最后对基于虚拟现实的遥操作控制策略进行了分析。将虚拟现实技术与危险作业机器人控制系统相结合，其中包括对虚拟现实遥操作技术进行了简要的介绍，其次对虚拟现实中三维物体的坐标定位技术进行了分析，然后介绍了虚拟现实控制系统的构成及其控制系统硬件的结构;最后将虚拟现实控制系统的工作方式分为四种，并分别对四种工作方式进行了介绍。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 危险作业机器人国内外研究现状

1．3 虚拟现实技术

1．4 研究的目的及意义

1．5 论文的的主要工作

第二章 高压危险作业机器人的结构组成介绍

2．1 机器人整体结构

2．2 移动升降车体

2．3 控制主手优化结构

2．4 作业机械臂优化结构

2．5 绝缘防护

2．6 专用工具

2．7 本章小结

第三章 作业机械臂的运动学分析

3．1 机器人运动学概述

3．1．1 机器人空间位置表示

3．1．2 机械人的运动姿态表示

3．1．3 机器人运动参数

3．2 作业机械臂的D-H建模

3．3 作业机械臂的正运动学分析

3．4 作业机械臂的逆运动学分析

3．4．1 解析算法

3．4．2 轨迹插补算法

3．5 本章小结

第四章 虚拟现实遥操作控制系统软件实现

4．1 软件介绍

4．1．1 3D-Max

4．1．2 VRP-Platform

4．1．3 OpenGL

4．1．4 Microsoft Visual C++6．0

4．2 软件设计方法

4．2．1 面向对象的设计优点

4．2．2 面向对象的设计特性

4．2．3 面向对象的基本概念

4．3 三维作业场景模块软件设计方案

4．3．1 作业场景三维模型的建立

4．3．2 虚拟场景的交互

4．4 作业机械臂模块软件设计方案

4．4．1 作业机械臂上位机软件设计

4．4．2 作业机械臂运动控制的软件实现

4．5 本章小结

第五章 基于虚拟现实的遥操作控制策略

5．1 基于虚拟现实的遥操作

5．2 定位技术

5．2．1 图像定位技术

5．2．2 图像分析配合光学传感器定位

5．3 虚拟现实控制系统构成

5．3．1 工作环境模块

5．3．2 作业机械臂模块

5．4 控制系统硬件结构

5．5 控制系统工作方式

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 研究展望

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况