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《哈尔滨工业大学》 2006年
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HIT/DLR机器人灵巧手遥操作系统的研究

胡海鹰  
【摘要】: 作为机器人末端操作器,机器人多指灵巧手具有多自由度、多手指协调的特点,是提高传统机器人操作性能和作业水平的有效途径之一。采用遥操作方式,将人作为系统中的一个环节参与灵巧手的抓取控制是一种简单有效的方法,利用人的抓取操作经验进行高层次的任务规划和命令设计,利用灵巧手完成任务执行。本文在分析了临场感灵巧手遥操作系统和解决机器人遥操作时延问题的研究基础上,对HIT/DLR机器人灵巧手遥操作系统及相关的关键技术进行了深入细致的研究。 本文针对数据手套关节角度输出精度低等缺点,建立了人手的运动学模型和各指尖位置的误差模型。基于指尖位置闭环的方法完成了人手模型的参数识别,提高了人手模型几何参数的精度,得到了较精确的人手手指指尖位置。建立了HIT/DLR灵巧手的运动学模型,分析了人手模型和灵巧手模型的结构差异及其造成的映射困难。采用改进的基于指尖位置的映射方法将人手的运动映射到灵巧手上,并进行了映射算法的验证和三维图形仿真,试验表明了映射结果能满足基于数据手套的灵巧手遥操作的要求。 临场感技术是灵巧手遥操作中交互技术的核心,针对目前机器人遥操作系统中沉浸感不强等不足,本文建立了立体视觉反馈、力觉反馈和听觉反馈的多通道临场感灵巧手遥操作系统。论文分析了系统的体系结构,完成了Rx60工业机器人臂和HIT/DLR灵巧手的底层控制,实现基于数据手套和空间鼠标的机器人臂和灵巧手操作;阐述了立体视觉原理,设计了两自由度视觉平台、双目全局视觉和手眼视觉采集系统,并结合不同机器人遥操作任务和临场感要求,分别实现了分路式和分时式立体视觉显示系统;实现了基于CyberGrasp力反馈装置的力觉临场感;最后完成了基于临场感技术的机器人灵巧手遥操作实验,实验结果表明临场感技术能使操作者产生身临其境的感觉,提高操作者的感知能力和操作效果。 针对临场感灵巧手遥操作实验中操作者容易疲劳和大时延灵巧手遥操作问题,本文根据共享控制的思想,提出分层的HIT/DLR灵巧手局部自主抓取操作的控制框架。操作者利用具有的抓取经验知识,完成灵巧手抓取类别的分类、灵巧手预抓取姿态、臂手协调趋近、预接触点等上层抓取规划;在底层控制中,根据不同抓取阶段设计相应的关节控制器,灵巧手自主地完成手指运动规划、接触力规划和最后的抓取操作;中间层设计的观测器根据触发
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TP242

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 贾鹏;机器人灵巧手抓持规划及抓持力优化方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 张国亮;空间机器人遥操作中基于视觉的局部自主控制研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 樊绍巍;类人型五指灵巧手的设计及抓取规划的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 蒋再男;基于虚拟现实与局部自主的空间机器人遥操作技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 梁春辉;拟人灵巧手的设计及其工作空间研究[D];浙江理工大学;2010年
2 刘冬雨;面向卫星在轨维护的机器人臂/手遥操作的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 王书付;HIT/DLR力反馈手套的研制及与灵巧手主从控制的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 黄浩乾;采摘机械手的设计及其控制研究[D];南京农业大学;2010年
5 王立刚;智能仿生手的虚拟样机开发和运动控制算法研究[D];吉林大学;2012年
6 章华;全驱动机械灵巧手的设计与分析[D];浙江理工大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘杰,孙汉旭,张玉茹;人手到灵巧手指尖运动映射的实现[J];北京邮电大学学报;2005年02期
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄岩;吴军;刘春明;李兆斌;;自主车辆发展概况及关键技术[J];兵工自动化;2010年11期
2 张国亮;刘宏;蒋再男;王捷;;视觉辅助遥操作在卫星在轨自维护中的应用[J];北京航空航天大学学报;2009年07期
3 冯波;沈晓红;;室外移动机器人遥控系统的设计与实现[J];北京工商大学学报(自然科学版);2009年04期
4 李会军;宋爱国;;增强现实中的摄像机径向畸变校正[J];传感技术学报;2007年02期
5 吕德生,洪炳熔,唐好选,蔡则苏;基于VR预显示的月球机器人遥操作仿真系统[J];燕山大学学报;2005年04期
6 高龙琴,许志峰,黄惟一,宋爱国;交互式遥操作机器人实验平台设计及其应用[J];东南大学学报(自然科学版);2004年06期
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8 周芳;;新软阈值去噪方法在临场感中的应用[J];电子测量与仪器学报;2007年01期
9 倪涛;赵丁选;倪水;肖英奎;;大时延环境下的虚拟现实临场感遥操作系统[J];中国工程机械学报;2004年01期
10 朱映远;倪风雷;史士财;刘宏;;空间三指形手爪的研制[J];工程设计学报;2012年02期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 张敏;刘培志;胡雄文;张长杰;徐英新;王晋华;;一种基于云台遥控的视觉临场感系统[A];全国第二届嵌入式技术联合学术会议论文集[C];2007年
2 张敏;刘培志;徐英新;王晋华;胡雄文;刘莹;;一种基于DSP的视觉临场感系统[A];全国第一届嵌入式技术联合学术会议论文集[C];2006年
3 李雪峰;刘志刚;王长海;;无标定立体像对校正技术综述[A];国家安全地球物理丛书(六)——空间地球物理环境与国家安全[C];2010年
4 倪涛;赵丁选;倪水;巩明德;肖英奎;;大时延环境下的虚拟现实临场感遥操作机器人系统[A];中国工程机械学会2003年年会论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵迪;变时延环境下的任务级遥操作关键技术研究[D];华中科技大学;2011年
2 卢思军;立体匹配关键技术研究[D];南京理工大学;2011年
3 胡凌燕;时延力反馈遥操作系统的跟踪性能及稳定性研究[D];南昌大学;2011年
4 马力波;网络远程机器人控制系统及关键技术研究[D];重庆大学;2003年
5 崔茂源;基于虚拟现实技术与监控理论的机器人示教系统研究[D];吉林大学;2004年
6 葛为民;虚拟现实技术在移动机器人遥操作系统中的应用研究[D];天津大学;2004年
7 潘锋;仿人眼颈视觉系统的理论与应用研究[D];浙江大学;2005年
8 熊友军;基于增强现实的遥操作关键技术研究[D];华中科技大学;2005年
9 倪涛;有力觉及视觉临场感的遥操作机器人系统研究[D];吉林大学;2006年
10 赵其杰;服务机器人多通道人机交互感知反馈工作机制及关键技术[D];上海大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 汪步云;水下作业机械手抓取力伺服控制的研究[D];安徽工程大学;2010年
2 杜峰;某型机器人的路径规划方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 尹继超;机器人遥操作中关键技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 徐向峰;7DOF空间机器人遥操作控制算法研究[D];河南工业大学;2010年
5 宋振清;基于Web Service的移动机械手网络控制系统的研究[D];天津理工大学;2010年
6 邱江艳;遥机器人人机交互系统及运动规划算法研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
7 张聪;基于Internet的六自由度机械臂远程控制系统[D];北京邮电大学;2011年
8 张望鹏;基于立体视觉的机器人遥操作监控系统的研究[D];北京邮电大学;2011年
9 杨立颖;基于力反馈的机器人遥操作系统研究[D];华南理工大学;2011年
10 庄立斌;机器人云台随动控制系统的研究与实现[D];复旦大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 纪雯,王迎,史浩山;基于动态CBR控制的混合媒体流传输机制[J];安徽大学学报(自然科学版);2004年06期
2 刘长林;张铁中;杨丽;;果蔬采摘机器人研究进展[J];安徽农业科学;2008年13期
3 刘博,郭卫东,张玉茹;用于灵巧手的新型两自由度关节机构[J];北京航空航天大学学报;2004年01期
4 蔡晓东;叶培建;;基于特征点集的匹配算法应用于卫星姿态确定[J];北京航空航天大学学报;2006年02期
5 赵世峰;张海;范耀祖;;一种基于计算机视觉的飞行器姿态估计算法[J];北京航空航天大学学报;2006年08期
6 杜小平,赵继广,崔占忠,曾德贤;基于超分辨率重构的航天器位置姿态测量方法[J];北京理工大学学报;2005年03期
7 余麟;刘昊;彭光正;;五指仿人灵巧手运动学与动力学模型[J];北京理工大学学报;2008年10期
8 刘杰,孙汉旭,张玉茹;人手到灵巧手指尖运动映射的实现[J];北京邮电大学学报;2005年02期
9 杨得志,王杰臣,闾国年;矢量数据压缩的Douglas-Peucker算法的实现与改进[J];测绘通报;2002年07期
10 田小峰,宋爱国,黄惟一;空间机器人自适应无源控制技术研究[J];东南大学学报(自然科学版);2000年05期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 梁栋;基于多视图的参数估计与形状重构[D];安徽大学;2002年
2 梁喜凤;番茄收获机械手机构分析与优化设计研究[D];浙江大学;2004年
3 吴玉香;滑模控制理论及在移动机械臂中的应用[D];华南理工大学;2006年
4 高龙琴;力反馈数据手套与遥操作机器人系统研究[D];东南大学;2006年
5 刘威;基于虚拟现实的力觉临场感遥操作研究[D];东南大学;2006年
6 邓启文;空间机器人遥操作双边控制技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
7 逄海萍;不确定时滞非线性系统的最优滑模控制[D];中国海洋大学;2007年
8 王嘉力;微型六维力/力矩传感器及其自动标定的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
9 樊绍巍;类人型五指灵巧手的设计及抓取规划的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 兰天;多指仿人机器人灵巧手的同步控制研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 梁春辉;拟人灵巧手的设计及其工作空间研究[D];浙江理工大学;2010年
2 赵才军;机器人工作空间及关节运动可靠性规划[D];南京理工大学;2003年
3 侯玉玲;机器人三指灵巧手控制系统的研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
4 陈利兵;草莓收获机器人采摘系统研究[D];中国农业大学;2005年
5 王文涛;基于虚拟手的人机交互技术研究[D];华中科技大学;2005年
6 郭伟超;某航空发动机中心轴弧齿锥齿轮传动系统的动力学特性研究[D];西北工业大学;2006年
7 佘君;遥操作系统鲁棒控制器设计及跟踪控制[D];燕山大学;2006年
8 姜丽萍;番茄力学特性及其在采摘机器人执行器设计中的应用[D];江苏大学;2006年
9 赵燕江;排牙多指手结构设计抓取规划及仿真[D];哈尔滨理工大学;2006年
10 郑光;多指灵巧手的操作规划研究[D];东南大学;2006年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 唐肖云;基于数据手套的灵巧手抓取操作及阻抗控制的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 刘冬雨;面向卫星在轨维护的机器人臂/手遥操作的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 安彦波;工业机器人开放式控制系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 陆庆超;面向遥操作的虚拟向导共享控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 杨志;面向运动目标捕获的空间机器人轨迹规划与碰撞问题研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
6 顾海巍;基于神经网络的灵巧手交叉耦合控制研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
7 章华;全驱动机械灵巧手的设计与分析[D];浙江理工大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 韩林,廖启征,梁崇高;一种6杆平面三级组运动分析[J];北京邮电大学学报;1998年03期
2 徐旭明,叶榛,陶品,王洋;基于视觉临场感的机器人遥操作系统[J];高技术通讯;2000年03期
3 刘江华,陈佳品,程君实;双目视觉平台的研究[J];机器人技术与应用;2002年01期
4 艾海舟,张朋飞,何克忠,江潍,张军宇;室外移动机器人的视觉临场感系统[J];机器人;2000年01期
5 李继婷,张玉茹,张启先;人手抓持识别与灵巧手的抓持规划[J];机器人;2002年06期
6 李剑锋,张玉茹,张启先;手指机构的速度操作灵巧性分析[J];机器人;1999年02期
7 林靖,陈辉堂,王月娟,蒋平;机器人视觉伺服系统的研究[J];控制理论与应用;2000年04期
8 邱茂林,马颂德,李毅;计算机视觉中摄像机定标综述[J];自动化学报;2000年01期
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 马云飞,黄惟一,宋爱国,王爱民;一种基于Internet力觉临场感遥操作无源控制算法[J];传感技术学报;2003年01期
2 陈晓;;虚拟现实技术在日本[J];机器人技术与应用;1994年05期
3 许耀昌;;身临其境的虚拟现实技术[J];石油工业计算机应用;1995年04期
4 丰梅;摇滚震动音响椅[J];家庭电子;1999年10期
5 陈俊杰,薛晓红,黄惟一;临场感遥操作机器人系统克服时延影响的研究发展策略[J];传感技术学报;2004年02期
6 曾庆军,徐涛,徐晶晶,宋爱国,田小峰;时延力觉临场感遥操作机器人系统预测控制研究[J];东南大学学报(自然科学版);2004年S1期
7 李欣;樊江;盛珣华;;临场感遥控技术与自动对中云台设计[J];自动化博览;2006年S2期
8 侯磊;;浅谈场景化界面在多媒体中的运用[J];经营管理者;2010年10期
9 王广新;刘兴波;;虚拟现实情境内临场感的结构、影响因素与特征[J];中国电化教育;2010年11期
10 张红芬,李科杰,艾俊波,申延涛;用于临场感系统的机器人电触觉反馈手套(英文)[J];Journal of Beijing Institute of Technology;2000年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 倪涛;赵丁选;倪水;巩明德;肖英奎;;大时延环境下的虚拟现实临场感遥操作机器人系统[A];中国工程机械学会2003年年会论文集[C];2003年
2 赵晓煜;曹忠鹏;李慢;;购物网站中的社会线索与顾客行为意向的关系研究[A];第五届(2010)中国管理学年会——市场营销分会场论文集[C];2010年
3 徐旭明;叶榛;张再兴;王家廞;;人体测量中空间位姿解算算法[A];1998年中国智能自动化学术会议论文集(下册)[C];1998年
4 叶榛;项安波;陶品;朱绍文;;基于PSD的动态位姿检测技术[A];1998年中国智能自动化学术会议论文集(下册)[C];1998年
5 林涛;;电视音频的规范制作[A];2001年度广播电视技术论文集[C];2001年
6 赵如林;解晓玲;马飞;;实况直播的信号传输[A];2001年度广播电视技术论文集[C];2001年
7 徐建荣;崔西宁;;一种环壁型高临感显示系统[A];信号与信息处理技术第三届信号与信息处理全国联合学术会议论文集[C];2004年
8 丛爽;张冬军;;二自由度平面倒立摆的控制设计与实现[A];第二十二届中国控制会议论文集(下)[C];2003年
9 李农;;LED显示屏可视距离的计算[A];2008全国LED显示应用技术交流暨产业发展研讨会文集[C];2008年
10 周前祥;曲战胜;王春慧;;虚拟现实技术在航天器乘员舱布局工效学中的应用研究[A];2001中国控制与决策学术年会论文集[C];2001年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 山东 颜士宗;大屏幕电视的最佳视距[N];电子报;2007年
2 ;中国电信新视通:现场与体坛名将对话[N];人民邮电;2005年
3 南京 丁明顺;JBL360度小音柱使用记[N];电子报;2006年
4 陈云;长虹“高清王” DVD雷霆上市[N];中国电子报;2006年
5 林芬卉;因应未来Super Hi-Vision数字广播格式 日本平板电视大厂产品规格继续提升[N];电子资讯时报;2007年
6 实习生 周琼;传统动画:在怀旧与创新中如何崛起[N];科技日报;2007年
7 余卫华;LG飞利浦将在CES展推出新款Public Display[N];电子资讯时报;2008年
8 王峰;奥运催热家用投影机销售[N];中国消费者报;2008年
9 王冠宇;虚拟现实造汽车[N];中国计算机报;2008年
10 湖南 戴洪志;用高μ管制作胆前级放大器[N];电子报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 胡海鹰;HIT/DLR机器人灵巧手遥操作系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
2 吕洪兵;B2C网店社会临场感与粘性倾向的关系研究[D];大连理工大学;2012年
3 张克敏;基于虚拟现实的机器人仿真研究[D];重庆大学;2012年
4 史胜利;基于Internet的机器人遥操作系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
5 倪涛;有力觉及视觉临场感的遥操作机器人系统研究[D];吉林大学;2006年
6 高龙琴;力反馈数据手套与遥操作机器人系统研究[D];东南大学;2006年
7 及云辉;全景画美学研究[D];东北师范大学;2010年
8 韩江义;带力觉反馈的主从式遥微操作系统研制与实验研究[D];南京航空航天大学;2010年
9 王萌;数字化精神产品的消费者参与行为研究[D];南京航空航天大学;2009年
10 梁发云;彩色立体显示关键技术研究[D];合肥工业大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 章佳;品牌熟悉度与网站临场感对网店购物意向的影响研究[D];浙江大学;2011年
2 李静;在线学习社区三种临场感的测量及教学策略的研究[D];首都师范大学;2012年
3 王文涛;基于虚拟手的人机交互技术研究[D];华中科技大学;2005年
4 赵颖;[D];电子科技大学;2011年
5 于红敏;基于VTree平台的数据手套交互模块的研究[D];大连海事大学;2008年
6 侯亚丽;视景仿真中虚拟手的人机交互技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 于涛;具有力觉反馈的遥操作机器人研究[D];吉林大学;2005年
8 魏海龙;主—从遥操作工程机器人力反馈系统研究[D];吉林大学;2006年
9 宋鸿亮;遥操作机器人系统的主—从双向伺服控制方法研究[D];吉林大学;2007年
10 樊湄筑;机器人视觉临场感及遥控系统中的无线通信技术的研究[D];北京交通大学;2007年
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