面向人在回路空間遙操作的操作者臂部行為感知與再現(xiàn)技術(shù)研究.pdf

1、在軌任務(wù)難度的不斷提高以及艙外活動時間的大幅延長，使得航天員執(zhí)行在軌操作任務(wù)的風(fēng)險越來越大。而完全自主的空間機(jī)器人在面對未知環(huán)境時還難以勝任復(fù)雜多變的操作任務(wù)，因此，人在回路的空間遙操作技術(shù)逐漸成為實現(xiàn)在軌服務(wù)任務(wù)的一種重要方式。它將地面操作者的臂部行為作為控制輸入，引導(dǎo)空間機(jī)械臂復(fù)現(xiàn)人的操作行為，實現(xiàn)將人的智能引入遙操作回路，以人機(jī)結(jié)合的方式完成空間作業(yè)任務(wù)。
　　本文從操作者臂部行為感知、映射和再現(xiàn)三個方面開展研究，主要研究內(nèi)

2、容如下：
　　1、完成了臂部行為感知與映射子系統(tǒng)的設(shè)計，包括試驗系統(tǒng)的硬軟件組成和搭建流程；
　　2、分析了人體手臂構(gòu)型并建立了運動學(xué)模型。針對人體手臂的構(gòu)型特點，分析了其關(guān)節(jié)類型和自由度分配情況，建立了人體手臂的機(jī)構(gòu)學(xué)模型，并運用基于關(guān)節(jié)本地參考坐標(biāo)系的變換方法，建立了手臂的運動學(xué)模型；
　　3、設(shè)計了臂部行為識別與映射方法。首先，基于電磁跟蹤系統(tǒng)的位姿測量原理，設(shè)計了兩種臂部行為識別方法：一是基于傳感器位置信息的識

3、別方法；二是基于傳感器姿態(tài)信息的識別方法。然后，基于試驗機(jī)械臂與人體手臂構(gòu)型，設(shè)計了兩種行為映射機(jī)制：一是基于末端等增量的行為映射方法；二是基于關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的映射方法。最后，對整個臂部行為的識別映射機(jī)制進(jìn)行了總結(jié)；
　　4、研究了臂部行為的空間再現(xiàn)技術(shù)。首先基于D-H方法對空間機(jī)械臂進(jìn)行了運動學(xué)建模，并采用矩陣逆乘的方法對該模型進(jìn)行逆運動學(xué)求解；其次，針對逆運動學(xué)多解問題，提出了一種基于關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動量最小化的多解優(yōu)選方法，并采用設(shè)定門限值