基于虛擬現(xiàn)實(shí)的機(jī)器人靈巧手遙操作平臺的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn).pdf

1、人類絕大多數(shù)的勞動是靠一雙手來完成的。機(jī)器人手臂已經(jīng)在工業(yè)界取得了令人矚目的成就，如果能配上一雙靈巧的“手”，那么離開真正的機(jī)器人操作就為期不遠(yuǎn)了。從目前國內(nèi)外研究出的機(jī)器人靈巧手來看，它們已具有很高的靈活性。通過手指間的協(xié)調(diào)控制、對空間位置的把握、目標(biāo)形狀與手形的匹配，可以完成一些模擬人手精細(xì)的操作。因而靈巧手作為機(jī)器人的末端執(zhí)行裝置，具有被廣泛應(yīng)用在核能、太空和深海等危險(xiǎn)環(huán)境的前景。 在危險(xiǎn)的環(huán)境下工作似乎是機(jī)器人與生俱來的

2、“職責(zé)”，然而機(jī)器人尚未“成年”。在目前的技術(shù)成熟度情況下，與其讓它在復(fù)雜的工作環(huán)境中困難地獨(dú)立自主地執(zhí)行任務(wù)，還不如選擇人．機(jī)合作更為現(xiàn)實(shí)。所謂人-機(jī)合作，即利用人的智能，以遙操作的方式參與機(jī)器人靈巧手的編程規(guī)劃。也就是本地的操作者利用遙操作設(shè)備實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)端的靈巧手系統(tǒng)的遙操作，使其完成各種各樣的任務(wù)。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種可視化工具有助于改善遙操作系統(tǒng)中的人機(jī)接口。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與遙控技術(shù)和機(jī)器人靈巧手技術(shù)結(jié)合起來，形成一個虛

3、擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器人靈巧手遙操作平臺。特別是應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究開發(fā)具有“臨場感”的虛擬操作界面，即人機(jī)交互接口系統(tǒng)，使操作人員可以更精確的操作遠(yuǎn)端的目標(biāo)物，對提高遙操作機(jī)器人靈巧手的抓取效率和可靠性都具有重要意義。 本研究以基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的機(jī)器人靈巧手操作平臺的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)為目標(biāo)?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的機(jī)器人靈巧手操作平臺從控制角度來看，是一種主從式的遙控機(jī)器人系統(tǒng)，由三大部分組成，即主手、從手和機(jī)器人靈巧手操作平臺，本研究特點(diǎn)是：嘗試將

4、虛擬手作為主動手，實(shí)際靈巧手作為從動手。操作人員使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊操作平臺中的控制面板，直接操控虛擬環(huán)境里的三維圖形虛擬手，從而同步帶動實(shí)際靈巧手完成各種各樣的操作。希望用這種方法來減少控制環(huán)節(jié)，降低系統(tǒng)的硬件和軟件成本。 本系統(tǒng)具有以下控制方式和相關(guān)功能： 1.采用直接控制的方式：操作人員使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊操作平臺中的控制面板，直接操控虛擬環(huán)境里的三維圖形虛擬手，從而同步帶動實(shí)際靈巧手完成各種各樣的操作。實(shí)現(xiàn)操作人員對實(shí)際靈巧手的

5、直接遙操作。 2.采用示教再現(xiàn)的方式：首先由操作人員“教”靈巧手完成某一抓取任務(wù)，然后由靈巧手自動完成同類的任務(wù)。實(shí)現(xiàn)示教再現(xiàn)靈巧手遙操作。 3.采用自動的方式：使虛擬靈巧手根據(jù)被抓物體的幾何特征與位姿，自動產(chǎn)生抓取方案，進(jìn)行抓取過程的預(yù)演。實(shí)現(xiàn)虛擬靈巧手自動生成抓取規(guī)劃。 本文首先在靈巧手運(yùn)動學(xué)分析的基礎(chǔ)上，采用OpenGL和VC的開發(fā)工具在計(jì)算機(jī)中構(gòu)造出一個虛擬作業(yè)場景，使操作者更加有效地直觀地了解機(jī)器人靈巧

6、手在操作過程中的位姿，碰撞等信息。其次，從理論上討論了機(jī)器人靈巧手抓取操作規(guī)劃的方法。在分析了靈巧手抓取操作任務(wù)后，擬定了手掌的運(yùn)動規(guī)劃和手的抓取規(guī)劃。然后針對靈巧手抓取方式選擇的問題，提出了平行抓取、聚中抓取和捏式抓取這三種最典型的抓取方式，并采用模糊控制的方法對機(jī)器人靈巧手的抓取方式進(jìn)行智能選擇。再次，根據(jù)對從BB和OBB兩種碰撞檢測算法的分析對比，設(shè)計(jì)出了一套在機(jī)器人靈巧手操作平臺中可行的、有效的和精確的碰撞檢測算法。最后對本論文