遥操作机器人系统及多指灵巧手的设计与算法研究

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。