遥控系统主从操作机设计及稳定性分析

在一个由操作员、主从操作机和环境组成的遥控系统中，人和环境分别作为控制回路的一部分必须加以考虑，本文就是根据构成整个系统的各部分的动态特性，对主从操作机进行了设计，并推出了整个系统的稳定性条件。最后通过模拟分析验证了本文设计的有效性。

主从遥操作机械手工作空间覆盖控制策略研究

针对遥操作机器人主控制器工作空间过小和主从手工作空间不匹配的问题,提出一种区域覆盖思路。将主控制器工作空间与从机械手工作空间一一对应的映射关系转换成主手工作空间多次区域映射的关系,通过多次建立主从手的连接,达到区域覆盖的目的。同时为了更好地控制从机械手末端的姿态,设计一种相对运动姿态控制方法,将传递给机械手的绝对姿态坐标替换成姿态运动信息,以达到相对姿态控制目的。最后,进行仿真分析和试验验证。结果表明:该方法能够实现工作空间完美覆盖,主手能够有效地控制从手运动。

基于主从控制技术的配网带电作业机器人研制

研制一种10 kV配网带电作业机器人以代替人工开展不停电作业。根据D-H法对机械臂建模和运动学分析,通过Matlab验证模型的正确性。采用关节空间控制方法,降低了控制系统复杂性,解决了主从控制的延时问题。配网机器人主从控制系统通过电磁兼容检测,测试过程中未出现卡顿现象,符合国家检测标准。经上杆断接引流线测试,验证了配网带电机器人关键技术的有效性和实用性。

基于UR16e的配网带电作业的主从遥操作机器人系统设计

本文研究了一种基于UR16e的主从式遥操作技术的配网带电作业机器人。传统的配网带电作业存在安全风险和人力资源浪费的问题,因此开发一种能够实现带电作业的机器人是非常重要的。本研究首先介绍了基于主从式遥操作技术的配网带电作业机器人的研究概述。随后讨论了基于主从式遥操作技术的配网带电作业机器人的系统及原理。最后提出了一种基于主从式遥操作技术的机器人系统设计框架,该系统设计由UR16e的优傲机器人作为主机,以罗技的6轴12键飞行摇杆Logitech Extreme 3D Pro Joystick和多个从机组成,此外系统还配有视觉/力觉辅助控制实现。

基于手控器触觉共享控制的主从遥操作

为了提高主从遥操作的效率和系统的安全性,设计了能够实现主从位移控制的手控器,构建了基于虚拟墙引导主动控制模型,通过融合操作者的人工控制和机器人的视觉引导,实现机器人遥操作中主从两端的信息共享和相互引导,对手控器和从端作业机器人进行控制。通过搭建基于共享控制策略的手控器-机器人系统实验平台,验证所设想控制方法的有效性,最终实现了提升主从遥操作的作业效率,减轻了机器人对环境的瞬间冲击,提高了系统的安全性。

基于惯性动作捕捉的主从遥操作关节空间直接控制方法

为了克服传统主从遥操作方法需要进行大量的正/逆运动学解算且操作复杂、不直观的缺点,利用惯性动作捕捉设备将人体手臂动作信息引入遥操作控制回路中,提出了一种基于惯性动作捕捉的主从遥操作关节空间直接控制方法.然后,提出了一种基于四元数的关节空间非奇异映射算法,用于构建虚拟手臂模型,并利用该模型直接控制远端机器人的关节空间.试验结果表明,该方法可以直接控制远端机器人的关节空间,关节空间控制误差小于0.2°;末端位置控制精度小于10 mm,与基于手控器的传统主从遥操作方法相当.因此,基于惯性动作捕捉的主从遥操作方法不仅可以对远端机器人末端位置进行精确控制,而且可以直接控制远端机器人的关节空间,提高操作者的直观性和灵活性.

主从遥操作工程机器人的虚拟触觉反馈

虚拟现实技术的应用,改善了传统的主从遥操作工程机器人系统的作业效率。但操作过程中如不能正确处理虚拟环境下工程机器人与障碍物或地面碰撞等危险情况,易造成真实工程机器人倾覆。因此,在虚拟的工程机器人抓手端部不同运动方向上安装假想弹簧,当虚拟环境下的工程机器人抓手与障碍物或地面接近时,假想弹簧变形获得触觉反馈力给操作者以危险提示,并在主从遥操作工程机器人实验台上进行了实验。实验结果表明:通过在虚拟工程机器人上安装假想弹簧产生触觉反馈力,可有效地避免真实工程机器人与障碍物或地面硬接触,减少倾覆事件的发生。

主从式遥微操作机器人力反馈控制系统的研究

本文研制出遥微操作机器人力反馈控制系统 ,建立了比例缩放条件下系统的二端口网络模型 ,并对控制系统的稳定性进行了分析 ,最后进行了实验研究 .实验结果表明 ,在与物体接触时 ,操作者能够获得持续而稳定的接触力感觉 ,为进一步的微操作实验研究奠定了基础 .

主从遥操作手术机器人的主手附加位移补偿

为减小遥操作中主操作手附加位移对手术精度的影响,采用拉格朗日方程和Coulomb+Viscous组合摩擦模型建立了主操作手动力学模型,分析附加位移产生的原因,提出主操作手附加位移的补偿策略,采用质量-弹簧-阻尼模型来模拟遥操作过程中人体手臂的反应、主操作手的响应以及它们之间的交互关系,建立附加位移补偿模型。实验验证结果表明:该补偿策略将主操作手运动中的控制精度在X、Y、Z 3个方向分别提高了90.70%、70.82%和91.05%,证明了本文提出的附加位移补偿方法的正确性。

主从遥操作机器人系统的附加反馈力补偿方法

针对主从遥操作系统在临床微创外科手术应用过程中,主操作手的动力学特性会产生附加反馈力,从而影响操作者感知从操作手与环境交互作用的真实反馈力信息,进一步影响操作者做出正确的力控制行为,降低手术的精度、质量和安全性这一问题,提出了一种基于主操作手的附加力补偿方法,使操作者可以精准感知从操作手端的反馈力.首先,研究分析微创手术机器人系统的动力学特性,揭示主手动力学特性对力觉感知的影响规律,其次针对遥操作机器人系统的主手PHANTo M建立计及关节摩擦力的动力学模型,并采用最小二乘法对模型进行参数辨识和参数验证.在此基础上,提出了具体的附加反馈力补偿策略.最后,采用精确位置监督控制,通过遥操作实验平台,对附加反馈力补偿方法进行对比实验分析.结果表明:经过附加反馈力补偿之后,主操作手X、Y、Z 3个方向上的反馈力精度较未补偿之前分别提升3.9%、5.0%和2.1%,说明该附加反馈力补偿方法可有效地减轻主操作手的惯性力、重力和关节摩擦力对操作者感知从手端反馈力的影响.

空间机器人主从遥操作的自抗扰控制

目前基于模型的控制方法是空间机器人遥操作控制的主流方法,但该方法不可避免地会引入运动的累积误差,甚至造成控制失稳。针对这一问题,基于自抗扰控制方法为空间机器人主从遥操作设计了一类单关节控制器,并采用计算机仿真方法研究了其基本性能,结果表明所设计的自抗扰控制器能够实现稳定的遥操作控制,且具有良好的抗扰性和鲁棒性。特别是由于自抗扰控制方法不依赖于机器人的数学模型,因此十分适合作为现行基于模型控制的有益补充。

面向配网带电作业的主从遥操作机器人系统设计

针对配网带电作业机器人研制需求,设计了一种具备力觉临场感的主从遥操作系统。首先,采用串、并联机械臂和六维力/力矩传感器搭建了遥操作机器人系统硬件,并基于ROS(Robot operating system)设计了主从遥操作系统软件,实现了主、从臂之间的位姿和力信息交互;其次,通过将主臂末端位置和姿态分别与从臂手腕位置和末端姿态相映射,显著降低了6自由度异构型主从机器人的逆运动学求解复杂度,建立了主从臂之间的位姿映射模型;最后,样机试验结果表明所设计的主从遥操作系统能有效实现由主臂到从臂的位姿映射以及由从臂到主臂接触力反馈,位置跟踪误差达到毫米级,姿态跟踪误差小于1.15°,力反馈误差小于1.8%。

基于ARM微控制器的医疗机器人主从夹持控制系统设计与实现

利用ARM微控制器,基于自主研发的医疗机器人用关节式主操作手和从操作手手指,构建了主从遥操作夹持控制系统。其中,设计了AT91RM9200 ARM微控制器与外围器件的硬件电路,并在运行于硬件平台的LINUX操作系统上开发了相应的硬件驱动程序。

基于网络无源性理论的双向力反应遥操作系统研究

针对位置一位置型的双向力反应控制系统,推导了相应的阻抗矩阵模型,并基于二端口网络无源性理论,对系统的稳定性及控制性能进行了探讨,为位置一位置型双向力反应遥操作系统的设计提供了理论依据。

基于ARM微控制器的医疗机器人主从夹持控制系统设计与实现

利用ARM微控制器,基于本实验室自主研发的医疗机器人用关节式主操作手和从操作手的手指系统,构建了主从遥操作夹持控制系统。本文设计了AT91RM9200 ARM微控制器与外围器件的硬件电路,并在运行于硬件平台的LINUX操作系统上开发了相应的硬件驱动程序。实验表明该系统可以有效控制缝合针的夹持操作。

一次性多用途力反馈穿刺手术机器人

针对目前不同的穿刺手术都依赖于医生手动操作器械,并且缺失力反馈及复杂操作器械难以消毒和组装的问题,文中提出了一种可兼容的用于穿刺手术的2自由度力反馈主从穿刺机器人的新方法。机器人主体由递送机构及旋转机构组成,其中,部分零件采用3D打印工艺制造。通过结构设计,建立了机器人模型,完成了主从控制系统工作原理的论述,并且搭建了实验平台。采用不同尺寸穿刺器械在该主从控制系统上模拟了肝部穿刺试验和脑部穿刺试验,验证了系统的控制精度及异常力预警的作用。其中,用Sobel算子边缘检测方法对工业相机采集到的机器人路径与预设路径进行了图像处理分析,采用离体猪组织样品对力反馈进行了测试。研究结果为将来打造低成本、一次性的力反馈穿刺手术机器人奠定了基础。

显微外科手术机器人——“妙手”系统的研究

描述了一套显微外科手术机器人系统———“妙手(M icroHand)”.该系统采用主从遥操作方式,主从手为同构异型模式:主手是具有三维力感觉功能的PHANToM Desktop,从手是针对显微外科手术特点而设计的高精度关节型机器人.从手末端安装有六维力传感器M in i40,将检测到手术环境的力信息反馈给主手,从而使手术医生通过PHANToM感受手术环境的三维力信息.本系统成功地对兔子颈部和腿部1毫米动脉进行了血管吻合手术操作,证明了它的有效性.

人手到灵巧手的运动映射实现

本文研究主从操作中人手到灵巧手的运动映射 .提出了一种基于虚拟关节和虚拟手指的关节空间运动映射方法 ,实现了人手和灵巧手的三维运动仿真 .以数据手套为人机接口 ,在虚拟环境下 ,通过直观地比较映射效果 。

人手到灵巧手指尖运动映射的实现

在人手到灵巧手的运动映射方面,人手和灵巧手在运动学上的异构现象造成了二者之间运动映射的困难.本文研究灵巧手的抓持规划,通过主从操作来实现.提出了一种基于虚拟手指的直角空间指尖运动映射方法实现人手到灵巧手的运动映射,以数据手套为人机接口,测量手指的关节角度,建立手的运动学模型,根据运动学模型计算出指尖运动轨迹,完成指尖在抓取过程中的运动学分析,记录指尖在直角坐标空间的运动轨迹,实现了人手和灵巧手的三维运动仿真,完成了三维工作空间的可视化.在虚拟环境下,运动仿真验证了映射算法,证明了其有效性.

力反馈主手研究现状及其力控制方法研究

力觉主手作为主从遥操作机器人系统的关键部件,其机构特性和力控制性能直接关系到整个遥操作系统能否完成预期的任务要求。近年来,关于力觉主手及其力控制方法的研究已成为机器人遥操作领域的研究热点。文中详细介绍了力觉主手在机构设计和力控制算法方面研究现状和发展趋势。