基于力反馈的机械臂远程操控系统设计与研究
发布时间：2021-07-13 00:06
力反馈的机械臂远程操控系统,能够为操控者提供临场感,缩短任务时间,提高操控效果和实现精细操控。研究人员对远程操控系统的机械结构和控制系统进行了大量研究,但大多都基于提高性能和解决延时等问题,远程操控系统作为人机交互设备,人机工效会对操控任务产生很大影响,本文围绕人机工程学进行设计,研究适合人体力觉感知的人机交互系统。在机械结构方面,操控台的人机工程学、反馈力大小、机构的灵活性以及操控主手高精度、低质量和良好的重力补偿策略都将影响操控者的操控体验、操控精度和操控效率。本文在基于目前操控器构型基础上,将位置和姿态分离,使用左手位置控制,右手姿态控制的双手协调操控方式,解决通常力反馈设备反馈力大小和机构灵活性存在冲突的问题,也同时解决力传感器安装问题,实现力的闭环控制。在操控器结构优化上,改进转动副结构,引入直驱电机和绳驱动组合的方式,解决操控器间隙问题,引入被动重力补偿机制,对左手操控器Delta机构的主动臂进行改进,通过改变主动臂构型的方式改变主动臂重心,并引入弹簧提供补偿力矩,在减轻机构重量的同时提供了高扭矩的被动重力补偿量,对右手串联型操控器,采用对称结构设计加配重的方式调节重心位置...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国ANL实验室开发的主从式遥控机械手在太空探索方面，如图1.2所示的为国际空间站中安装的加拿大臂（SRMS）就是
第1章绪论3图1.2加拿大臂图1.3机械臂抓取货运飞船如图1.4所示，是2005年2月德国宇航中心研制的ROKVISS遥操作机器人系统，该系统具有两个自由度，拥有自主状态模式和力反馈状态下的遥操作模式，能在20s的时延环境内，完成地面与空间站的实验任务。ROKVISS系统能够高度复现从端环境，但该系统采用在德国上空进行远程作业，作业时间短，目前仅能够完成简单的实验[10]。图1.4ROTEX系统示意图2015年9月7日，国际空间站利用力反馈机械臂远程操控系统，远程操作地面实验室的机械臂，成功将金属圆棒插入间隙小于0.15mm特定圆孔中。其研发的“模型调节控制”在整个空间信息传输系统传输距离超过144000公里的条件下，成功进行了试验[11]。该试验之所以能够成功的安装小间隙零件，原因之一在于操控者能够感受到有效的力觉，但目前该系统通信链传输途径复杂，延时超过1s，只能实现简单的试验，要想完成更多功能，还需要深入研究和处理通信问题。在医疗领域，美国IntuitiveSurgics公司在1990年得到了美国国家卫生局的投资，到目前为止共推出了四代产品，图1.5是其开发的DaVinci手术机器人系统，在目前临床中被广泛应用[12]。该系统是由搭载主手和三维成像系统的医生控制台以及从端手术机械臂构成，通过变尺度遥操作控制，辅助医生进行操控[13,14]。这种手术系统，切口小，恢复快，能够在不同的空间维度内实施手术。目前全球安装该手术机器人已经超过4000台，为至少500万患者服务过，是远程操控机械臂在医疗领域最成功的应
第1章绪论3图1.2加拿大臂图1.3机械臂抓取货运飞船如图1.4所示，是2005年2月德国宇航中心研制的ROKVISS遥操作机器人系统，该系统具有两个自由度，拥有自主状态模式和力反馈状态下的遥操作模式，能在20s的时延环境内，完成地面与空间站的实验任务。ROKVISS系统能够高度复现从端环境，但该系统采用在德国上空进行远程作业，作业时间短，目前仅能够完成简单的实验[10]。图1.4ROTEX系统示意图2015年9月7日，国际空间站利用力反馈机械臂远程操控系统，远程操作地面实验室的机械臂，成功将金属圆棒插入间隙小于0.15mm特定圆孔中。其研发的“模型调节控制”在整个空间信息传输系统传输距离超过144000公里的条件下，成功进行了试验[11]。该试验之所以能够成功的安装小间隙零件，原因之一在于操控者能够感受到有效的力觉，但目前该系统通信链传输途径复杂，延时超过1s，只能实现简单的试验，要想完成更多功能，还需要深入研究和处理通信问题。在医疗领域，美国IntuitiveSurgics公司在1990年得到了美国国家卫生局的投资，到目前为止共推出了四代产品，图1.5是其开发的DaVinci手术机器人系统，在目前临床中被广泛应用[12]。该系统是由搭载主手和三维成像系统的医生控制台以及从端手术机械臂构成，通过变尺度遥操作控制，辅助医生进行操控[13,14]。这种手术系统，切口小，恢复快，能够在不同的空间维度内实施手术。目前全球安装该手术机器人已经超过4000台，为至少500万患者服务过，是远程操控机械臂在医疗领域最成功的应
本文编号：3280923
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国ANL实验室开发的主从式遥控机械手在太空探索方面，如图1.2所示的为国际空间站中安装的加拿大臂（SRMS）就是
第1章绪论3图1.2加拿大臂图1.3机械臂抓取货运飞船如图1.4所示，是2005年2月德国宇航中心研制的ROKVISS遥操作机器人系统，该系统具有两个自由度，拥有自主状态模式和力反馈状态下的遥操作模式，能在20s的时延环境内，完成地面与空间站的实验任务。ROKVISS系统能够高度复现从端环境，但该系统采用在德国上空进行远程作业，作业时间短，目前仅能够完成简单的实验[10]。图1.4ROTEX系统示意图2015年9月7日，国际空间站利用力反馈机械臂远程操控系统，远程操作地面实验室的机械臂，成功将金属圆棒插入间隙小于0.15mm特定圆孔中。其研发的“模型调节控制”在整个空间信息传输系统传输距离超过144000公里的条件下，成功进行了试验[11]。该试验之所以能够成功的安装小间隙零件，原因之一在于操控者能够感受到有效的力觉，但目前该系统通信链传输途径复杂，延时超过1s，只能实现简单的试验，要想完成更多功能，还需要深入研究和处理通信问题。在医疗领域，美国IntuitiveSurgics公司在1990年得到了美国国家卫生局的投资，到目前为止共推出了四代产品，图1.5是其开发的DaVinci手术机器人系统，在目前临床中被广泛应用[12]。该系统是由搭载主手和三维成像系统的医生控制台以及从端手术机械臂构成，通过变尺度遥操作控制，辅助医生进行操控[13,14]。这种手术系统，切口小，恢复快，能够在不同的空间维度内实施手术。目前全球安装该手术机器人已经超过4000台，为至少500万患者服务过，是远程操控机械臂在医疗领域最成功的应
第1章绪论3图1.2加拿大臂图1.3机械臂抓取货运飞船如图1.4所示，是2005年2月德国宇航中心研制的ROKVISS遥操作机器人系统，该系统具有两个自由度，拥有自主状态模式和力反馈状态下的遥操作模式，能在20s的时延环境内，完成地面与空间站的实验任务。ROKVISS系统能够高度复现从端环境，但该系统采用在德国上空进行远程作业，作业时间短，目前仅能够完成简单的实验[10]。图1.4ROTEX系统示意图2015年9月7日，国际空间站利用力反馈机械臂远程操控系统，远程操作地面实验室的机械臂，成功将金属圆棒插入间隙小于0.15mm特定圆孔中。其研发的“模型调节控制”在整个空间信息传输系统传输距离超过144000公里的条件下，成功进行了试验[11]。该试验之所以能够成功的安装小间隙零件，原因之一在于操控者能够感受到有效的力觉，但目前该系统通信链传输途径复杂，延时超过1s，只能实现简单的试验，要想完成更多功能，还需要深入研究和处理通信问题。在医疗领域，美国IntuitiveSurgics公司在1990年得到了美国国家卫生局的投资，到目前为止共推出了四代产品，图1.5是其开发的DaVinci手术机器人系统，在目前临床中被广泛应用[12]。该系统是由搭载主手和三维成像系统的医生控制台以及从端手术机械臂构成，通过变尺度遥操作控制，辅助医生进行操控[13,14]。这种手术系统，切口小，恢复快，能够在不同的空间维度内实施手术。目前全球安装该手术机器人已经超过4000台，为至少500万患者服务过，是远程操控机械臂在医疗领域最成功的应
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