基于力反馈型主手及虚拟环境的遥操作系统研究
发布时间：2022-10-10 12:34
由于网络通讯时延的影响,遥操作系统中相距较远的两端信息交互无法达到同步一致性,尤其对于空间机器人操作等,严重时会带来系统不稳定及操作性能下降等问题。相对于传统的时延控制方法,虚拟环境技术是目前认为可彻底解决网络时延问题最有效的方法,它利用计算机图形图像技术等手段在主端建立一个虚拟仿真环境,在本地与主手进行实时的操作交互,避开了网络的通讯时延。针对虚拟环境中的关键问题,本文首先介绍主手的机械结构及其运动学模型,就主手的触觉反馈功能,建立一个准确的动力学计算公式,并对其中难以确定的摩擦力及质量参数分别进行了Lu Gre模型估计和模型参数分离,并通过实际的实验数据对相应的参数进行最优化确定。然后利用Open Inventor图形库在主端计算机建立一个虚拟仿真模型,与本地的主手进行实时信息交互,通过图像采集处理技术不断获取从端图像及其特征点,并利用虚实融合技术将虚拟模型与从端图像重叠在一起,矫正主端的虚拟模型。提出一种可连续变换的接触模型（CSCM）以表达复杂的从端环境,其中的模型参数采用遗忘因子与自干扰函数相结合的RLS递推算法进行在线辨识估计,而从端接触力则由主端的本地CSCM模型进行模拟...
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景与意义
1.1.1 遥操作系统介绍
1.1.2 解决时延性问题的传统方法
1.1.3 本课题的研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 力反馈型主手的研究现状
1.2.2 虚拟环境技术的研究现状
1.2.3 接触力预测技术的研究现状
1.3 本文的研究内容
第2章 力反馈型主操作手的动力学分析
2.1 引言
2.2 主操作手机械结构方案
2.3 主操作手完整动力学模型
2.4 驱动部件摩擦力矩辨识与补偿
2.5 动力学模型不变参数辨识
2.5.1 模型不变参数分离与辨识
2.5.2 参数实验确定及仿真验证
2.6 本章小结
第3章 虚拟环境建模及虚实融合技术
3.1 引言
3.2 虚拟从端环境建模
3.3 图像采集及特征点获取
3.3.1 相机标定与矫正
3.3.2 特征点检测
3.4 图形图像虚实融合技术
3.4.1 虚实融合技术原理
3.4.2 图形图像融合与修正
3.5 本章小结
第4章 从端接触力模型及其参数辨识
4.1 引言
4.2 从端接触力模型建立
4.2.1 合理的接触力模型提出
4.2.2 接触力模型连续切换性分析
4.3 模型参数在线辨识技术
4.3.1 接触力模型线性化设计
4.3.2 模型参数的辨识算法
4.4 仿真实验验证
4.5 本章小结
第5章 基于虚拟环境的遥操作试验研究
5.1 引言
5.2 主从端系统介绍
5.2.1 主端系统介绍
5.2.2 从端系统介绍
5.3 总体系统介绍
5.4 试验设计及结果分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于虚拟现实的机器人遥操作关键技术研究[J]. 倪得晶,宋爱国,李会军. 仪器仪表学报. 2017(10)
[2]基于环境建模与修正的视觉/力觉辅助遥操作系统[J]. 徐效农,宋爱国,朱澄澄,倪得晶. 载人航天. 2016(01)
[3]力觉临场感遥操作机器人（4）:系统的操作性能评价[J]. 宋爱国,倪得晶. 南京信息工程大学学报(自然科学版). 2014(03)
[4]基于增强现实的机器人遥操作系统研究[J]. 朱广超,王田苗,丑武胜,孟偲,伍军,薛喜梅. 系统仿真学报. 2004(05)
[5]空间科学实验机器人辅助遥操作系统[J]. 丑武胜,孟偲,陈建新,李晟. 中国空间科学技术. 2003(06)
[6]虚拟现实辅助机器人遥操作技术研究[J]. 刘伟军,朱枫,董再励. 机器人. 2001(05)
[7]空间机器人的遥操作[J]. 李成,梁斌. 宇航学报. 2001(01)
[8]基于视觉临场感的机器人遥操作系统[J]. 徐旭明,叶榛,陶品,王洋. 高技术通讯. 2000(03)
博士论文
[1]空间遥操作机器人虚拟预测环境建模技术研究[D]. 李会军.东南大学 2005
硕士论文
[1]网络遥操作机器人的时延预测控制研究[D]. 李君.武汉科技大学 2016
[2]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
[3]大时延遥操作的三维预测显示及力反馈控制研究[D]. 雷振伍.吉林大学 2004
[4]显微外科手术机器人系统主操作手设计与研究[D]. 王辉.天津大学 2004
本文编号：3689630
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景与意义
1.1.1 遥操作系统介绍
1.1.2 解决时延性问题的传统方法
1.1.3 本课题的研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 力反馈型主手的研究现状
1.2.2 虚拟环境技术的研究现状
1.2.3 接触力预测技术的研究现状
1.3 本文的研究内容
第2章 力反馈型主操作手的动力学分析
2.1 引言
2.2 主操作手机械结构方案
2.3 主操作手完整动力学模型
2.4 驱动部件摩擦力矩辨识与补偿
2.5 动力学模型不变参数辨识
2.5.1 模型不变参数分离与辨识
2.5.2 参数实验确定及仿真验证
2.6 本章小结
第3章 虚拟环境建模及虚实融合技术
3.1 引言
3.2 虚拟从端环境建模
3.3 图像采集及特征点获取
3.3.1 相机标定与矫正
3.3.2 特征点检测
3.4 图形图像虚实融合技术
3.4.1 虚实融合技术原理
3.4.2 图形图像融合与修正
3.5 本章小结
第4章 从端接触力模型及其参数辨识
4.1 引言
4.2 从端接触力模型建立
4.2.1 合理的接触力模型提出
4.2.2 接触力模型连续切换性分析
4.3 模型参数在线辨识技术
4.3.1 接触力模型线性化设计
4.3.2 模型参数的辨识算法
4.4 仿真实验验证
4.5 本章小结
第5章 基于虚拟环境的遥操作试验研究
5.1 引言
5.2 主从端系统介绍
5.2.1 主端系统介绍
5.2.2 从端系统介绍
5.3 总体系统介绍
5.4 试验设计及结果分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于虚拟现实的机器人遥操作关键技术研究[J]. 倪得晶,宋爱国,李会军. 仪器仪表学报. 2017(10)
[2]基于环境建模与修正的视觉/力觉辅助遥操作系统[J]. 徐效农,宋爱国,朱澄澄,倪得晶. 载人航天. 2016(01)
[3]力觉临场感遥操作机器人（4）:系统的操作性能评价[J]. 宋爱国,倪得晶. 南京信息工程大学学报(自然科学版). 2014(03)
[4]基于增强现实的机器人遥操作系统研究[J]. 朱广超,王田苗,丑武胜,孟偲,伍军,薛喜梅. 系统仿真学报. 2004(05)
[5]空间科学实验机器人辅助遥操作系统[J]. 丑武胜,孟偲,陈建新,李晟. 中国空间科学技术. 2003(06)
[6]虚拟现实辅助机器人遥操作技术研究[J]. 刘伟军,朱枫,董再励. 机器人. 2001(05)
[7]空间机器人的遥操作[J]. 李成,梁斌. 宇航学报. 2001(01)
[8]基于视觉临场感的机器人遥操作系统[J]. 徐旭明,叶榛,陶品,王洋. 高技术通讯. 2000(03)
博士论文
[1]空间遥操作机器人虚拟预测环境建模技术研究[D]. 李会军.东南大学 2005
硕士论文
[1]网络遥操作机器人的时延预测控制研究[D]. 李君.武汉科技大学 2016
[2]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
[3]大时延遥操作的三维预测显示及力反馈控制研究[D]. 雷振伍.吉林大学 2004
[4]显微外科手术机器人系统主操作手设计与研究[D]. 王辉.天津大学 2004
本文编号：3689630
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