基于并联机构的力触觉反馈系统机理研究
发布时间：2021-05-12 16:41
在传统的人机交互中信息感知单一、模糊,易出现判断和操作失误等问题,力触觉反馈系统增加了力触觉交互,使用户感知更多反馈信息,极大的增强了人机交互的效果,力触觉反馈系统在各个领域有着广阔的应用前景。本课题基于现有力反馈设备,设计并搭建了基于力反馈控制的力反馈设备,并对其控制原理以及虚拟现实应用技术进行分析,为力触觉反馈系统的快速搭建与应用提供参考。主要研究内容如下:（1）研究了力触觉反馈系统的构成及工作原理,探究了国内外力反馈产品以及力触觉反馈系统应用的相关学术研究成果,对本文的研究背景和意义进行阐述。（2）力反馈设备的交互机构选型。分析了完全串联和完全并联的力反馈设备交互机构的特点,综合出具有三平移、三转动混联拓扑结构的七自由度力反馈交互机构,根据力反馈设备的功能需求,确定交互机构的运动空间参数和最大输出力。（3）力反馈设备的交互机构分析。研究了力反馈设备的机构组成,并对Delta并联机构的结构特征、自由度、运动学、动力学问题进行了分析,建立了Delta机构的位置矢量回路方程和拉格朗日动力学方程,求解了运动学和动力学解;对腕关节机构、夹手机构的运动学进行了研究。（4）力反馈设备的交互机构...
【文章来源】：上海工程技术大学上海市
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究的背景及意义
1.1.1 论文背景
1.1.2 研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.3 论文的主要研究内容
第二章 力反馈设备的交互机构选型
2.1 引言
2.2 力反馈设备的交互机构类型确定
2.2.1 串联力反馈交互机构的特点
2.2.2 并联力反馈交互机构的特点
2.3 基于串并混联的拓扑结构选型
2.3.1 三平移机构的选型
2.3.2 三转动机构的选型
2.4 力反馈设备的交互机构参数确定
2.5 本章小结
第三章 力反馈设备的交互机构分析
3.1 引言
3.2 力反馈设备设备的机构组成
3.3 DELTA并联机构运动学分析
3.3.1 DELTA机构的结构分析与自由度计算
3.3.2 坐标系的建立
3.3.3 DELTA机构位置逆解分析
3.3.4 DELTA机构位置正解分析
3.4 DELTA机构速度与加速度分析
3.4.1 DELTA机构速度分析
3.4.2 DELTA机构加速度分析
3.5 DELTA机构动力学分析
3.5.1 DELTA机构简化模型
3.5.2 主动臂的动能与位能分析
3.5.3 动平台的动能与位能分析
3.5.4 平行四边形从动臂的动能与位能
3.5.5 拉格朗日动力学方程
3.6 腕关节机构的运动分析
3.7 夹手机构传动分析
3.8 本章小结
第四章 力反馈设备的交互机构机械设计
4.1 引言
4.2 绳牵引机构设计
4.2.1 钢丝绳精密传动的常见结构形式
4.2.2“ROT-LOK”型传动的理论概述
4.2.3 钢丝绳的选型应用
4.2.4 绳槽设计
4.2.5 钢丝绳的有效传动条件
4.3 DELTA机构关键部位设计
4.3.1 主动臂传动机构设计
4.3.2 平行四边形从动臂设计
4.3.3 动平台结构设计
4.4 腕关节机构关键部位设计
4.5 夹手机构设计
4.6 本章小结
第五章 力触觉反馈系统的控制实现
5.1 引言
5.2 力反馈设备电气构成与搭建
5.2.1 动力输出元件的确定
5.2.2 电机的选型
5.2.3 驱动器的选型
5.2.4 数据采集与计算机通讯模块
5.2.5 力反馈设备电气控制系统搭建
5.3 力反馈设备与从动设备的运动匹配要求
5.3.1 运动一致性
5.3.2 运动缩放
5.3.3 运动匹配的断开与重建
5.4 力触觉反馈系统控制结构
5.4.1 位置—位置型控制结构
5.4.2 力反馈—位置型控制结构
5.4.3 力—位置型控制结构
5.5 力触觉反馈系统的控制原理
5.5.1 远程操控机器人的分解运动速度控制原理
5.5.2 力反馈设备的分解运动力控制原理
5.6 本章小结
第六章 力反馈设备与虚拟现实技术的应用
6.1 引言
6.2 柔性物体的建模方法
6.2.1 常见柔性体创建方法
6.2.2 弹簧质点模型的构建分析
6.3 虚拟场景的碰撞检测
6.3.1 常见的碰撞检测算法
6.3.2 包围盒技术与相交检测
6.3.3 三角形面片模型的碰撞检测算法
6.3.4 碰撞检测实现流程
6.4 虚拟交互力的计算模型
6.5 力反馈设备与虚拟受控环境的交互过程
6.6 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 工作总结
7.2 创新点
7.3 研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]力觉临场感遥操作机器人（1）:技术发展与现状[J]. 宋爱国. 南京信息工程大学学报(自然科学版). 2013(01)
[2]基于虚拟现实的力反馈设备的研究与应用[J]. 李佳佳,齐元胜,王晓华,张斌. 机械科学与技术. 2011(07)
[3]Delta并联机构的逆向运动学分析[J]. 雷改丽. 装备制造技术. 2011(03)
[4]微型钢丝绳传动绳槽匹配及设计方法研究[J]. 罗护,沈军,盛德军. 机械科学与技术. 2010(03)
[5]适用于力反馈数据手套的被动力觉驱动器[J]. 戴金桥,王爱民,宋爱国,李建清. 东南大学学报(自然科学版). 2010(01)
[6]绳牵引机构在力觉人机交互中的应用[J]. 孙志涛,陈中元,张耀军. 机械技术史及机械设计. 2008(00)
[7]力/触觉再现设备的研究现状与应用[J]. 陆熊,宋爱国. 测控技术. 2008(08)
[8]虚拟现实技术中力/触觉反馈的研究现状[J]. 崔洋,包钢,王祖温. 机床与液压. 2008(07)
[9]基于复合层次包围盒的实时碰撞检测研究[J]. 朱元峰,孟军,谢光华,马文娟. 系统仿真学报. 2008(02)
[10]实时碰撞检测算法综述[J]. 邹益胜,丁国富,许明恒,何邕. 计算机应用研究. 2008(01)
博士论文
[1]电液力反馈操纵杆及其双向伺服控制技术研究[D]. 邓乐.吉林大学 2007
[2]基于虚拟现实的力觉临场感遥操作研究[D]. 刘威.东南大学 2006
硕士论文
[1]力反馈主手设计及主从操作技术研究[D]. 姜运祥.燕山大学 2014
[2]力触觉反馈系统的虚拟现实应用研究[D]. 付志宇.上海工程技术大学 2015
[3]基于动力学模型的DELTA机器人运动控制研究[D]. 毛洪国.哈尔滨工业大学 2014
[4]虚拟手术中软组织建模与力反馈算法研究[D]. 赵成龙.燕山大学 2013
[5]基于力反馈的机器人遥操作系统研究[D]. 杨立颖.华南理工大学 2011
[6]虚拟手术力反馈人机交互控制系统研究[D]. 王莉娟.上海交通大学 2010
[7]基于虚拟现实技术的力觉交互设备的研究与构建[D]. 李国杰.上海交通大学 2008
[8]基于力反馈的虚拟手术器械的设计与研究[D]. 张艳.上海交通大学 2008
[9]钢丝绳精密传动机构的分析与实验研究[D]. 金忠庆.国防科学技术大学 2006
本文编号：3183759
【文章来源】：上海工程技术大学上海市
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究的背景及意义
1.1.1 论文背景
1.1.2 研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.3 论文的主要研究内容
第二章 力反馈设备的交互机构选型
2.1 引言
2.2 力反馈设备的交互机构类型确定
2.2.1 串联力反馈交互机构的特点
2.2.2 并联力反馈交互机构的特点
2.3 基于串并混联的拓扑结构选型
2.3.1 三平移机构的选型
2.3.2 三转动机构的选型
2.4 力反馈设备的交互机构参数确定
2.5 本章小结
第三章 力反馈设备的交互机构分析
3.1 引言
3.2 力反馈设备设备的机构组成
3.3 DELTA并联机构运动学分析
3.3.1 DELTA机构的结构分析与自由度计算
3.3.2 坐标系的建立
3.3.3 DELTA机构位置逆解分析
3.3.4 DELTA机构位置正解分析
3.4 DELTA机构速度与加速度分析
3.4.1 DELTA机构速度分析
3.4.2 DELTA机构加速度分析
3.5 DELTA机构动力学分析
3.5.1 DELTA机构简化模型
3.5.2 主动臂的动能与位能分析
3.5.3 动平台的动能与位能分析
3.5.4 平行四边形从动臂的动能与位能
3.5.5 拉格朗日动力学方程
3.6 腕关节机构的运动分析
3.7 夹手机构传动分析
3.8 本章小结
第四章 力反馈设备的交互机构机械设计
4.1 引言
4.2 绳牵引机构设计
4.2.1 钢丝绳精密传动的常见结构形式
4.2.2“ROT-LOK”型传动的理论概述
4.2.3 钢丝绳的选型应用
4.2.4 绳槽设计
4.2.5 钢丝绳的有效传动条件
4.3 DELTA机构关键部位设计
4.3.1 主动臂传动机构设计
4.3.2 平行四边形从动臂设计
4.3.3 动平台结构设计
4.4 腕关节机构关键部位设计
4.5 夹手机构设计
4.6 本章小结
第五章 力触觉反馈系统的控制实现
5.1 引言
5.2 力反馈设备电气构成与搭建
5.2.1 动力输出元件的确定
5.2.2 电机的选型
5.2.3 驱动器的选型
5.2.4 数据采集与计算机通讯模块
5.2.5 力反馈设备电气控制系统搭建
5.3 力反馈设备与从动设备的运动匹配要求
5.3.1 运动一致性
5.3.2 运动缩放
5.3.3 运动匹配的断开与重建
5.4 力触觉反馈系统控制结构
5.4.1 位置—位置型控制结构
5.4.2 力反馈—位置型控制结构
5.4.3 力—位置型控制结构
5.5 力触觉反馈系统的控制原理
5.5.1 远程操控机器人的分解运动速度控制原理
5.5.2 力反馈设备的分解运动力控制原理
5.6 本章小结
第六章 力反馈设备与虚拟现实技术的应用
6.1 引言
6.2 柔性物体的建模方法
6.2.1 常见柔性体创建方法
6.2.2 弹簧质点模型的构建分析
6.3 虚拟场景的碰撞检测
6.3.1 常见的碰撞检测算法
6.3.2 包围盒技术与相交检测
6.3.3 三角形面片模型的碰撞检测算法
6.3.4 碰撞检测实现流程
6.4 虚拟交互力的计算模型
6.5 力反馈设备与虚拟受控环境的交互过程
6.6 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 工作总结
7.2 创新点
7.3 研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]力觉临场感遥操作机器人（1）:技术发展与现状[J]. 宋爱国. 南京信息工程大学学报(自然科学版). 2013(01)
[2]基于虚拟现实的力反馈设备的研究与应用[J]. 李佳佳,齐元胜,王晓华,张斌. 机械科学与技术. 2011(07)
[3]Delta并联机构的逆向运动学分析[J]. 雷改丽. 装备制造技术. 2011(03)
[4]微型钢丝绳传动绳槽匹配及设计方法研究[J]. 罗护,沈军,盛德军. 机械科学与技术. 2010(03)
[5]适用于力反馈数据手套的被动力觉驱动器[J]. 戴金桥,王爱民,宋爱国,李建清. 东南大学学报(自然科学版). 2010(01)
[6]绳牵引机构在力觉人机交互中的应用[J]. 孙志涛,陈中元,张耀军. 机械技术史及机械设计. 2008(00)
[7]力/触觉再现设备的研究现状与应用[J]. 陆熊,宋爱国. 测控技术. 2008(08)
[8]虚拟现实技术中力/触觉反馈的研究现状[J]. 崔洋,包钢,王祖温. 机床与液压. 2008(07)
[9]基于复合层次包围盒的实时碰撞检测研究[J]. 朱元峰,孟军,谢光华,马文娟. 系统仿真学报. 2008(02)
[10]实时碰撞检测算法综述[J]. 邹益胜,丁国富,许明恒,何邕. 计算机应用研究. 2008(01)
博士论文
[1]电液力反馈操纵杆及其双向伺服控制技术研究[D]. 邓乐.吉林大学 2007
[2]基于虚拟现实的力觉临场感遥操作研究[D]. 刘威.东南大学 2006
硕士论文
[1]力反馈主手设计及主从操作技术研究[D]. 姜运祥.燕山大学 2014
[2]力触觉反馈系统的虚拟现实应用研究[D]. 付志宇.上海工程技术大学 2015
[3]基于动力学模型的DELTA机器人运动控制研究[D]. 毛洪国.哈尔滨工业大学 2014
[4]虚拟手术中软组织建模与力反馈算法研究[D]. 赵成龙.燕山大学 2013
[5]基于力反馈的机器人遥操作系统研究[D]. 杨立颖.华南理工大学 2011
[6]虚拟手术力反馈人机交互控制系统研究[D]. 王莉娟.上海交通大学 2010
[7]基于虚拟现实技术的力觉交互设备的研究与构建[D]. 李国杰.上海交通大学 2008
[8]基于力反馈的虚拟手术器械的设计与研究[D]. 张艳.上海交通大学 2008
[9]钢丝绳精密传动机构的分析与实验研究[D]. 金忠庆.国防科学技术大学 2006
本文编号：3183759
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