移動機(jī)器人力覺操控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、隨著移動機(jī)器人在工業(yè)、國防、宇宙空間、海洋開發(fā)、醫(yī)療康復(fù)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，移動機(jī)器人操控技術(shù)得到了快速發(fā)展。盡管自主導(dǎo)航、無線遙控等機(jī)器人操控技術(shù)已越來越普及，但人工操控技術(shù)憑借其獨(dú)特的安全性、可靠性等優(yōu)點在機(jī)器人操控領(lǐng)域具有非常重要的工程應(yīng)用價值。本文以Mecanum輪式全向移動機(jī)器人為研究對象，設(shè)計了一套基于力覺的人工操控系統(tǒng)，用于操控機(jī)器人實現(xiàn)全向運(yùn)動。本文主要研究內(nèi)容包括:
　　1.基于無線遙控技術(shù)和人機(jī)交互技術(shù)，提出了一

2、套以Mecanum輪式全向移動機(jī)器人為對象，集無線遙控與“助力式”人工操控兩種功能于一體的移動機(jī)器人力覺操控系統(tǒng)整體方案。詳細(xì)論述了系統(tǒng)的基本工作原理，并對力覺操控系統(tǒng)的總體構(gòu)成做了介紹，其中對系統(tǒng)重要構(gòu)成——力覺操控裝置進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，具體包括力檢測機(jī)構(gòu)、多工位旋轉(zhuǎn)定位機(jī)構(gòu)、以及吸盤底座等機(jī)構(gòu)的設(shè)計。
　　2.針對Mecanum輪式移動機(jī)器人的全向運(yùn)動特點，提出三維力/力矩傳感器即可滿足機(jī)器人人工操控需要;詳細(xì)闡述了三維力/

3、力矩傳感器的設(shè)計過程，具體包括:基于已有的六維力傳感器設(shè)計經(jīng)驗，提出了一種改進(jìn)的“雙孔獨(dú)立十字梁型”彈性體結(jié)構(gòu);通過有限元靜力分析和路徑映射分析分別確定了合理較優(yōu)的彈性體結(jié)構(gòu)尺寸和應(yīng)變片最佳布片位置，并據(jù)此設(shè)計了應(yīng)變片“全橋”組橋方案;基于傳感器整體方案和彈性體受力分析，給出了該傳感器輸出信號（電壓）與輸入信號（力/力矩）的關(guān)系式，從理論上對傳感器測力原理進(jìn)行了分析。
　　3.以stm32芯片為主控制芯片，采用模塊化電路設(shè)計思想完

4、成了力覺操控系統(tǒng)的硬件設(shè)計，主要包括電源模塊、節(jié)能模塊、無線通信模塊以及信號采集模塊等。同時，依據(jù)系統(tǒng)工作流程完成了軟件系統(tǒng)設(shè)計，并對AD轉(zhuǎn)換、串行通訊和無線通訊等模塊進(jìn)行了詳細(xì)闡述。
　　4.完成了力覺操控裝置（包括力傳感器）的樣機(jī)制造，并進(jìn)行了力傳感器的標(biāo)定實驗和移動機(jī)器人力覺操控系統(tǒng)的整機(jī)調(diào)試實驗。通過標(biāo)定實驗獲得了該力傳感器的標(biāo)定矩陣，并分析了該傳感器的靈敏度、線性度等特性;力覺操控系統(tǒng)的調(diào)試實驗結(jié)果表明:該力覺操控系統(tǒng)能