基于虛擬力柔順的遙操作機(jī)械臂末端防撞方法研究.pdf

1、在遙操作系統(tǒng)中，由于操作者無法親臨機(jī)械臂作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，以及網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延的存在，會(huì)造成空間和時(shí)間上的信息不對(duì)稱，使得操作者對(duì)操作現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)信息缺乏足夠的感知。因此，操作者在利用遙操作系統(tǒng)對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行控制時(shí)，如何避免機(jī)械臂與作業(yè)環(huán)境中的其他物體發(fā)生碰撞，就顯得尤其重要。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，最容易發(fā)生碰撞的部位為機(jī)械臂的末端。為了保障機(jī)械臂的安全，本文針對(duì)機(jī)械臂末端的防撞問題進(jìn)行了深入的研究。
　　通過對(duì)傳統(tǒng)避障方法的利弊的分析，結(jié)合遙操作系統(tǒng)的特

2、點(diǎn)與需求，本文提出了一種基于虛擬力柔順的防撞算法。該算法為了達(dá)到防撞目的，在包圍盒模型外構(gòu)建了三層防撞緩沖區(qū)，通過碰撞檢測(cè)技術(shù)及虛擬力計(jì)算模型生成虛擬碰撞力，進(jìn)而通過虛擬力柔順來避障。采用Coin3D和VS2008搭建了機(jī)械臂遙操作系統(tǒng)，并在該系統(tǒng)上驗(yàn)證了本算法的有效性，解決了遙操作中機(jī)械臂末端的碰撞問題，證明了本算法在遙操作系統(tǒng)中的可行性。
　　為了提高算法的計(jì)算效率，保證防撞算法的實(shí)時(shí)性，利用包圍盒對(duì)障礙物模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。通過對(duì)

3、機(jī)械臂幾何特征的分析，提出了一種基于中心軸的包圍盒模型。通過實(shí)驗(yàn)，分析對(duì)比了傳統(tǒng)包圍盒與基于中心軸的包圍盒在包圍盒構(gòu)建與碰撞檢測(cè)時(shí)的系統(tǒng)開銷，驗(yàn)證了基于中心軸包圍盒模型的優(yōu)越性，證明了該包圍盒更加適用于機(jī)械臂的碰撞檢測(cè)。
　　相比傳統(tǒng)的通過避障路徑規(guī)劃來實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的無碰撞控制，本文提出的算法并不會(huì)將機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)限制在一條預(yù)先規(guī)劃的軌跡上，一方面大大提高了機(jī)械臂自由運(yùn)動(dòng)的范圍，另一方面也能夠最大限度地發(fā)揮人機(jī)交互實(shí)時(shí)控制的優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)