基于虛擬夾具的空間機器人遙操作與示教技術研究.pdf

1、空間機器人代替宇航員進行在軌作業(yè)任務，既能保障航天員的生命安全，降低作業(yè)負擔，還能提高作業(yè)效率，擴展航天員的作業(yè)能力范圍。但目前受到多種科學技術水平的限制，空間機器人短期內還難以實現完全或局部自主運動。因此，針對空間非結構化的環(huán)境，本文研究空間機器人的遙操作相關技術，在主端采用虛擬夾具方法來輔助手控器和數據手套的遙操作控制，在從端則采用阻抗控制來實現遙操作柔順示教。從而將人的專家知識和決策能力引入控制回路之中，無論是隨機性很強的艙外故障

2、維修還是重復度較高的裝配等任務，空間機器人在航天員的操控下，都能很好地實現遙操作與示教。
　　首先研究了手控器和數據手套的映射控制方法，并解決了手控器工作空間的映射漂移問題。通過五種手控器控制模式和兩種數據手套控制模式來實現虛擬夾具輔助的遙操作控制。以手控器遙操作為例，構建不同控制模式下的虛擬夾具模型和基約束類型，實現了基于操作者運動意圖的虛擬夾具在線生成技術，并給出了虛擬夾具基約束引導操作路徑生成的方法。通過人工勢場法在虛擬夾具

3、模型中引入虛擬力，結合傳感器反饋力，實現了具有力覺臨場感的遙操作。
　　其次研究了空間機器人的遙操作示教。在示教過程中，當機械臂與作業(yè)環(huán)境發(fā)生交互時，采用優(yōu)化的基于位置內環(huán)的阻抗控制算法實現機械臂的柔順示教，使機械臂與外界環(huán)境的接觸力保持在一定的范圍內。然后運用一階滯后濾波和五點三次平滑濾波對數據進行消抖和平滑處理。在示教再現中，對保存的指令數據進行運動軌跡規(guī)劃，包括路徑的插補算法和速度控制算法，以實現遙操作示教的運動復現。