并联手控器运动学分析及重力补偿研究

摘要

随着遥操作的发展，人机交互技术和临场感技术成为研究的热点；人机交互技术的应用使得操作者能够实时对遥操作过程进行调整，使从端执行器能够正确地完成操作任务，同时人机交互也是遥操作精确控制的实现手段，临场感技术为操作者提供真实准确的从端信息，为操作者的交互控制提供参考依据。手控器作为同时具备运动控制和力觉反馈功能的交互控制设备，在遥操作中得到了广泛的研究和应用。
　　本文对基于Delta并联机构的三自由度平动手控器展开了应用试验和遥操作应用研究。文中分析了手控器主要设计指标，建立了手控器虚拟样机模型，运用ADAMS仿真软件分析了机构的运动空间；建立了手控器运动学模型，基于机构的几何约束进行了运动学分析和正反解计算，实现了运动控制功能，运用ADAMS对手控器进行运动学仿真，验证了运动学计算的正确性；从手控器的操作特点出发，提出了重力补偿的必要性，研究了重力补偿方法，建立了手控器的重力补偿模型，基于静力学分析和虚位移原理计算出机构在任意位置时的重力补偿力矩，重力补偿的应用提高了机构的操作舒适度。
　　基于VC++编写了手控器试验软件平台，在直接控制和虚拟现实控制方式下开展了应用试验，实现了机构的运动控制功能，试验结果验证了手控器在遥操作交互控制中的可行性。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要工作

2 并联手控器结构及功能概述

2.1 并联手控器结构

2.2 并联手控器功能与操作模式概述

2.3 并联手控器控制方式及运动空间确定

2.4 本章小结

3 并联手控器运动学分析

3.1 并联手控器运动学模型

3.2 并联手控器运动学计算

3.3 并联手控器运动学仿真验证

3.4 本章小结

4 并联手控器重力补偿研究及实现

4.1 并联手控器重力补偿问题描述

4.2 基于静力学的重力补偿研究

4.3 并联手控器重力补偿实现

4.4 本章小结

5 应用研究

5.1 并联手控器在遥操作中的应用描述

5.2 并联手控器机器人控制试验

5.3 并联手控器虚拟现实控制试验

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 课题展望

致谢

参考文献

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