论文题目: 遥操作机器人系统及多指灵巧手的设计与算法研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 测试计量技术及仪器
作者: 卢伟
导师: 宋爱国
关键词: 力觉临场感,遥操作机器人,机器人手爪,抓取算法,片上可配置系统,传感器
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 临场感技术是人机交互的核心,它通过传感器获得远处从机械手与环境的各种交互信息,包括视觉、力觉、触觉、接近觉、冷热觉、位置运动觉信息,并反馈到本地操作者处,由相应装置将这些信息再现给操作者,使操作者产生身临其境的感觉,从而有效地完成作业任务。工作在交互方式下的临场感遥操作机器人系统具有极大的现实意义和理论意义。临场感遥操作机器人系统是在人所不能达到的恶劣、危险环境和远地未知环境下作业的有力手段。其中作为从机器人执行机构的手爪,因为必须安装在机器人手腕上,所以要求手爪体积小、重量轻、多感觉且动作可靠。因此给设计带来了困难。本文结合国家自然科学基金项目“分布式和主动式力/触觉建模理论与方法”和霍英东教育基金项目"基于传感器信息融合的临场感机器人虚拟环境建模研究"对远程遥操作机器人系统进行了研究,主要完成从机器人多指灵巧手的机械设计、传感器的电路设计、控制系统的软硬件设计及传感器多信息融合、三指手的机械仿真和从机器人的抓取策略研究。本文首先介绍了遥操作机器人系统实验演示平台,并以机器人运动学为基础,从数学角度对从机器人进行了运动学的分析,推导了MOTOMAN-SV3X工业机器人的运动学正解与逆解;然后详细叙述了具有力觉、接近觉、冷热觉、温度觉、及角度传感器的多感觉三指六关节灵巧机器人手爪的设计方法,其中包括了机械结构设计、PSoC单片机系统的软硬件设计、传感器及其测量电路设计、驱动电路和保护电路的设计及上位机软件设计;接着基于所设计的三指手,进行了多传感器信息融合的算法研究;最后进行了三指手的机械抓取仿真,并给出从机器人实现自主抓取的策略。
论文目录:
中文摘要
英文摘要
第一章 绪论
1.1 课题研究的应用背景及其意义
1.2 国内外研究动态
1.2.1 遥操作中临场感技术的研究情况
1.2.2 遥操作中多指手的研究现状
1.3 本文研究的问题
第二章 临场感遥操作机器人系统
2.1 引言
2.2 临场感遥操作机器人系统
2.2.1 临场感遥操作系统的概述
2.2.2 临场感遥操作的分类
2.2.3 临场感遥操作系统的构成
2.3 从机器人系统的运动学分析
2.3.1 三指手的位姿描述和作用点的坐标推算
2.3.2 从机器人的正向运动学
2.3.3 从机器人的逆向运动学
2.4 小结
第三章 机器人多感觉多维灵巧手的设计
3.1 引言
3.2 机械结构设计
3.2.1 设计工具SOLID WORKS 的概述
3.2.2 机械结构设计
3.3 中央处理器的选择和外围电路设计
3.3.1 选用的PSoC 微控制器的资源概述
3.3.2 系统硬件设计及微控制的资源配置
3.4 传感器及测量电路的设计
3.4.1 力觉传感器
3.4.2 冷热觉传感器
3.4.3 接近觉传感器
3.4.4 角度传感器
3.4.5 恒温源电路的实现
3.5 驱动电路的设计
3.5.1 PWM 调速原理
3.5.2 电机驱动控制设计
3.5.3 光电耦合电路的设计
3.5.4 电机保护电路设计
3.6 液晶显示电路的设计
3.7 键盘电路和复位电路的设计
3.8 单片机通讯的实现
3.8.1 单片机之间的通讯实现
3.8.2 单片机和上位PC 机通讯的实现
3.9 印刷电路的抗干扰设计
3.9.1 印刷电路板的设计和电气连线
3.9.2 电源和地线的设计
3.9.3 去耦电容的配置
3.10 单片机的软件设计
3.11 上位PC 机的软件设计
3.11.1 软件设计平台LabWindows/CVI6.0 介绍
3.11.2 软件界面设计
3.11.3 软件程序设计
3.12 小结
第四章 多传感器信息融合算法研究
4.1 引言
4.2 多传感器信息融合的介绍
4.3 数据融合的基本原理和具体方法
4.4 信息融合的贝叶斯（Bayes）法
4.5 三指手的传感器多传感器信息融合
4.5.1 加权平均法融合力觉、关节旋转角度、冷热觉信号
4.5.2 贝叶斯法信息融合实现目标物质的材质分析
4.6 小结
第五章 三指手抓取仿真与抓取策略研究
5.1 引言
5.2 接触模型的构建
5.2.1 接触运动学模型
5.2.2 抓取动力学模型
5.3 三指手抓取物体的机械仿真
5.4 抓取策略研究
5.4.1 临场感模式下主机器人对从机器人的控制
5.4.2 从手自主抓取策略
5.5 小结
结论
致谢
参考文献
作者在学期间发表的论文
发布时间: 2007-06-11
参考文献
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