收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

排爆机器人遥操作性能研究

曾建军  
【摘要】: 排爆机器人是最典型的遥操作机器人。本文在国家863项目“反恐排爆机器人研究“、国家863项目“消防侦察机器人研究”和国家自然科学基金项目“遥操作机器人操作性能研究”的支持下,从系统的角度对影响排爆机器人遥操作性能的各主要因素进行了分析研究,重点研究排爆机器人排爆作业安全性差、效率低和操作者紧张程度高等几个方面,对排爆机器人的开发设计提供指导性建议。 从排爆机器人半自主爆炸物抓取研究入手,在分析了排爆作业的瓶颈在于如何克服二维图像无法正确指导操作者操作机械臂抓取爆炸物后,作者创新性的提出了基于激光测距的环境建模和爆炸物定位方法,利用智能搜索A*算法,实现了爆炸物的半自主抓取。另外,作者试图通过双目立体视觉来定位爆炸物,但结果表明,由于排爆机器人的移动性、机械臂的不够精确性等原因双目视觉得到的爆炸物位置数据有很大误差,其应用受到了限制。在从半自主抓取爆炸物这个局部研究的基础上展开,引出了下一章的内容,从系统的角度全面考虑排爆机器人遥操作性能。 提出了排爆机器人遥操作性能的概念,并分析了体现遥操作性能的性能指标。在遥操作机器人的性能和功能基础上,人们对其提出了更高的标准,要求其能在更复杂和非结构化的环境下完成更难的工作。影响排爆机器人遥操作性能的6个一级性能指标,每一个都为多个二级性能指标的加权和,找出影响性能的根本原因,提高排爆机器人的整体遥操作性能。这些性能指标的提出为如何提高排爆机器人的遥操作性能指明了方向,并进行了量化分析。根据用途的不同,对排爆机器人进行了分类,给出了每一类对应的两级性能指标的权重参数,并以侦察型排爆机器人为例加以说明。 采用层次分析法,从轮式、履带式、关节式、“关节-轮”式、“关节-履带”式五种机构中为排爆机器人SUPER-Ⅱ的移动载体选择了一种最优机构形式。分析了传统三自由度排爆机械臂的局限性,设计出了六冗余自由度机械臂。增加了一个主工作平面内冗余自由度、一个腰部转动自由度和一个小臂伸缩自由度,很大程度上扩大了机器人的操作空间,增加了排爆操作的精确性,提高了排爆操作的效率,并使得机器人作业范围和柔性大为增强,并得出了该机械臂三维工作空间。 系统阐述了排爆机器人的安全性能。提出了提高机械臂操作安全性能的有效方法之一就是实现机械臂的受控联动。创新性地简化了六自由度机械臂运动学模型,将三臂联动功能引入排爆作业,增加了操作安全性和效率,并推导出了联动方程。基于多传感器融合,特别是腕力传感器的融合,提出了机器人的防倾覆设计。另外,结合机器人两轮编码器数据和超声波传感器数据,根据ICP算法,推导出了排爆机器人在通讯意外中断时可采取的回撤路径算法。专门针对爆炸物抓取设计了一个包括柔力夹紧机构、强力固定机构和安全合抱机构在内的气动驱动手爪,其少自由度和高抓取性能的特点使得爆炸物抓取更为安全而有效。 分析了微控制器在排爆机器人上的应用,包括PLC、单片机、ARM嵌入式和DSP等,通过与工业机器人控制系统的比较,需要将排爆机器人传感系统的研究重点放在其有限软硬件资源上。从遥操作机器人必须要将周围的环境信息实时传达给远地操作者的特点,分析了排爆机器人的传感器接口。为解决环境信息的实时传递,本文以VC++和OpenGL为工具,创新性地将虚拟现实技术中的视觉临场感和力觉临场感引入排爆机器人系统,通过各种传感器将远地排爆机器人与环境的交互信息实时地反馈到本地操作者处,生成和远地环境一致的虚拟环境,使操作者产生身临其境的感受,从而实现对机器人灵活的控制,完成作业任务。 通过搭建排爆操作的坐标系框架,研究了操作者通过观察一个或多个视频画面操作主手来控制从手,将从手期望的运动变换到主手上需要的运动所必然经历的视频画面在心理上变换(比如旋转、平移、缩放、变形)所引起的心理负载。通过构建合理的人机接口来使这些心理的负载更少,以减少操作者的训练时间、提高完成任务的表现、扩充操作者人才库。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李国栋,柳长安,陈星,毕延军;基于多用户协调机制的机器人遥操作仿真系统的实现[J];华中科技大学学报(自然科学版);2004年S1期
2 任昊星,翁海华,杨杨,陈坚;基于Web的机器人遥操作的研究与实现[J];计算机工程;1999年05期
3 王幼民,徐蔚鸿;机械臂关节空间Bezier曲线轨迹规划[J];安徽机电学院学报;2000年03期
4 黄志雄,何清华,吴万荣,谢习华;大型水轮机叶形现场检测机械臂运动学分析[J];中南工业大学学报(自然科学版);2003年02期
5 陈建国;姜增如;;基于自适应控制的机械臂远程实验系统[J];实验技术与管理;2006年03期
6 四海;;数码化的思想——用脑操纵机器的梦想与现实[J];科学24小时;2008年04期
7 刘中;;基于虚拟仪器的开放式机械臂实验系统[J];电气电子教学学报;2009年S2期
8 向国菲;;基于LSM303DLH的机械臂空间定位[J];科技致富向导;2011年27期
9 尚毅;;机械臂动力学模型的向量-矩阵推导方法[J];控制工程;1986年05期
10 徐世钰;;Kane 方程在机械臂动力学中的应用[J];西安电子科技大学学报;1988年02期
11 ;立体扫描仪[J];个人电脑;1997年04期
12 周骥平,朱兴龙,颜景平;机器人机械结构参数的相关性分析[J];中国机械工程;2003年03期
13 何广平,杨泽勇,范春辉,陆震;欠驱动冗余度机械臂的动态自重构[J];机械工程学报;2005年04期
14 林雷;王洪瑞;任华彬;;基于模糊变结构的机械臂控制[J];控制理论与应用;2007年04期
15 周卫东;;基于CAN总线通讯的机械臂控制系统设计[J];南京工程学院学报(自然科学版);2007年04期
16 祁亨年;汪伟;蒋梁中;;基于一种解析运动学模型的排爆机械臂联动遥操作技术[J];仪器仪表学报;2008年05期
17 陈明生;沙威;谢莹;;六关节机械臂运动路径设计[J];数学的实践与认识;2008年14期
18 金旻;叶明;刘洪广;;一种基于包围盒技术的机械臂碰撞检测算法[J];机电工程;2008年10期
19 刘湘晨;蔡晓君;蒋力培;方徐应;;机器人运动学分析与求解方法的探讨[J];机床与液压;2009年08期
20 刘绍锦;王志乾;赵雁;耿天文;李建荣;;自动机械臂定位精度分析[J];测控技术;2010年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郭玉娟;牟培源;周宁新;白媛媛;刘爽;马敏涛;梁婷婷;;腹腔镜超声引导机器人辅助腹腔腹膜后巨大转移癌射频消融术[A];中国超声医学工程学会第八届全国腹部超声学术会议论文汇编[C];2010年
2 姚元庆;;机器人妇科手术[A];第四届全国不孕症暨保留生育功能微创手术研讨会论文集[C];2010年
3 黄立男;陈宏伟;叶晓勤;季林红;谢雁鸣;;变换式经皮电刺激在机器人辅助上肢运动康复的应用[A];第七届全国康复医学工程与康复工程学术研讨会论文集[C];2010年
4 王翔;阮双岁;孙立安;徐志兵;汤梁峰;王国民;;机器人辅助腹腔镜肾盂成形术治疗小儿肾积水1例报告[A];中华医学会第八次全国小儿外科学术会论文集[C];2010年
5 沈周俊;何威;王浩飞;张荣明;何竑超;陆国梁;彭晓琼;徐颖;高勤;郑洁琼;马梦丹;郭健;钱蒨健;于布为;;机器人辅助腹腔镜下肾上腺、肾脏、膀胱、前列腺等手术[A];第十七届全国泌尿外科学术会议论文汇编[C];2010年
6 陈宏伟;季林红;黄立男;;基于机器人辅助患肢自主循迹训练控制方法的研究[A];第七届全国康复医学工程与康复工程学术研讨会论文集[C];2010年
7 那文武;安刚;任德华;赵新;卢桂章;;基于DirectX的机器人遥操作图形仿真系统[A];'2002系统仿真技术及其应用学术论文集(第四卷)[C];2002年
8 史本康;Vincent P.Laudone;徐祗顺;;机器人辅助腹腔镜前列腺癌根治术860例报告[A];第十五届全国泌尿外科学术会议论文集[C];2008年
9 高江平;徐阿祥;陈光富;史立新;王威;董隽;卢锦山;朱捷;崔亮;张旭;;达芬奇机器人辅助腹腔镜手术在泌尿外科的应用[A];第十六届全国泌尿外科学术会议论文集[C];2009年
10 王成军;张东速;沈豫浙;;煤矿井下自主越障救援机器人特性分析[A];第五届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 曾建军;排爆机器人遥操作性能研究[D];上海交通大学;2010年
2 杜广龙;面向多自由度机器人的非受限智能人机交互的研究[D];华南理工大学;2013年
3 刘罡;多节履带式搜索机器人及其运动策略研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
4 李允旺;矿井救灾机器人行走机构研究[D];中国矿业大学;2010年
5 孙银山;基于三维超声图像的穿刺手术机器人辅助系统研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
6 赵子健;机器人辅助全膝关节置换手术系统的研究及其在临床前的应用[D];上海交通大学;2009年
7 白殿春;下肢康复训练机器人控制策略与康复评价方法研究[D];沈阳工业大学;2011年
8 董九志;带有主被动关节的辅助腹腔镜手术机器人研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 蔡俊锋;机器人心脏手术中计算机辅助术前规划系统的研究[D];复旦大学;2007年
10 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
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李彦青;基于虚拟夹具的机器人遥操作运动导航与力反馈技术研究[D];浙江大学;2011年
2 余月;经皮肾镜穿刺机器人的模型及样机的设计制作[D];南昌大学;2010年
3 万志成;六自由度排爆机械臂控制系统设计[D];上海交通大学;2008年
4 彭康;基于移动互联网的机器人遥操作系统[D];南京邮电大学;2013年
5 赵凯;微创手术机器人远心定位机构设计与优化[D];哈尔滨工业大学;2013年
6 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
7 朱张斌;机器人遥操作中安全技术研究[D];华南理工大学;2012年
8 李锋;反恐排爆机器人遥操作及其智能辅助系统设计[D];上海交通大学;2012年
9 韩大为;单孔腹腔微创手术机器人的机械臂系统研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
10 欧阳明华;风管清扫机器人遥操作系统设计[D];湖南大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 顾泳 通讯员 陈冯;达芬奇机器人善用“柳叶刀”[N];解放日报;2010年
2 常丽君;美日专家带机器人展开沿岸检查[N];科技日报;2011年
3 ;如晨之阳必有中天之时[N];中国医药报;2003年
4 王继荣刘泉;机器人辅助腹腔镜完成前列腺癌根治术[N];科技日报;2008年
5 姜微 秦嗣萃;我国首例机器人辅助冠状动脉搭桥术成功[N];中国医药报;2000年
6 本版编辑 齐攀 彭湛峰 张洁;医学领域的新新“人”类[N];医药经济报;2007年
7 记者何德功;机械臂轻松捕获人造卫星[N];人民日报;2003年
8 张大伟 陈宏宇;我国空间站机械臂系统方案通过评估[N];中国航天报;2011年
9 记者 贾婧;空间站机械臂系统方案通过评估[N];科技日报;2011年
10 记者  赵宝玉;全国首例机器人辅助异地骨科手术在延安获成功[N];陕西日报;2006年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978