可识别空间力的人机接口装置与技术研究

论文摘要

现代工业机械手的研发基本上是依照客户的需求,按照工厂实际进行的。某一类机械手只能在一定的工作环境下工作,缺乏必要的柔性。本文按照我国科学家提出的人机一体化理论,采取以人为中心,人与机器共同组成一个系统,各自执行自己最擅长的工作,相互作用、取长补短、协同工作,走人机一体的技术路线,形成人机协同的一个整体系统。人机协同系统中,人由视觉判断目标的位置,通过人机接口装置识别空间力,并发送到主控计算机上,再由计算机驱动机械手各关节实现运动。这样,接口装置如何识别控制手柄的空间力,并且作为机械手控制信号,准确的反馈到计算机就成为一个待以解决的问题。由于产品的市场寿命日益缩短,更新换代加速,因此降低成本,设计一套实用性价比高,易维护的人机接口装置就成为问题的焦点。本文根据人机一体化理论,在分析国内外相关技术的基础上,设计制作了可识别空间力的人机接口装置。运用光电传感技术来识别空间力,充分发挥了成本低,反应快,体积小的优势。本文采用25个光敏二极管接收空间力信号,提高了整套装置的精度,在模拟信号调理上,采用有源低通滤波电路,既提高滤波的效率,又尽量控制体积,降低成本。并且通过数据采集实验,以及角度计算模型仿真,来验证人机接口装置的可靠性和准确性。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的背景、目的和意义
• 1.3 机械手国内外现状及发展趋势
• 1.3.1 机械手国内外发展现状
• 1.3.2 机械手的发展趋势
• 1.4 本文的主要研究任务
• 1.5 本章小结
• 第二章 人机协同系统思想研究
• 2.1 人机协同基本思想
• 2.1.1 人机协同思想的历史背景
• 2.1.2 人机协同思想概述
• 2.1.3 人机协同思想系统应用
• 2.2 可识别空间力的人机系统理论
• 2.2.1 可识别空间力的人机系统应用分析
• 2.2.2 空间力的分析与研究
• 2.2.3 可识别空间力的人机系统组成
• 2.3 本章小结
• 第三章 可识别空间力的人机接口装置系统分析
• 3.1 可识别空间力的人机接口装置方案设计
• 3.2 可识别空间力手柄系统的机械设计
• 3.3 人机接口装置的空间力算法分析
• 3.3.1 人机接口装置的空间力算法基本思想
• 3.3.2 人机接口装置的空间力几何分析
• 3.3.3 人机接口装置的空间力计算
• 3.4 本章小结
• 第四章 可识别空间力的人机接口装置设计
• 4.1 可识别空间力的人机接口传感器系统设计
• 4.1.1 传感器系统元器件的选择
• 4.1.2 传感器系统电路设计
• 4.2 可识别空间力的人机接口单片机系统设计
• 4.2.1 单片机系统信号的离散化
• 4.2.2 单片机系统模块分析
• 4.2.3 单片机系统电路设计
• 4.3 可识别空间力的人机接口装置软件设计
• 4.3.1 数据采集的单片机程序设计
• 4.3.2 PC 上位机通讯系统数据采集界面设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 可识别空间力的人机接口装置实验研究
• 5.1 实验目的
• 5.2 实验方案
• 5.3 实验数据采集
• 5.4 实验数据分析
• 5.5 数据采集建模与仿真
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 本文结论
• 6.2 课题展望
• 参考文献
• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢