遙操作水下工程機器人觸覺臨場感系統(tǒng)設(shè)計與研究.pdf

1、遙操作水下工程機器人系統(tǒng)是指在操作者操作下可完成水下工程作業(yè)任務(wù)的一種遠距離操作系統(tǒng)，它能夠幫助操作者在危險或極端環(huán)境下工作。但是，水下作業(yè)環(huán)境惡劣，如工程機器人作業(yè)時攪動泥沙造成河水混濁不清，攝像機獲取的圖像信息并不能準確地反映工程機器人與目標物體的位置和作用關(guān)系，且大量的圖像信息傳遞還存在網(wǎng)絡(luò)時延，嚴重影響了系統(tǒng)的工作效率和可操作性。在遙操作水下工程機器人系統(tǒng)中采用觸覺臨場感技術(shù)可有效解決水下惡劣視覺環(huán)境和時延對系統(tǒng)的影響，有助于操

2、作者保持一定的視覺與力覺臨場感，提高遙操作水下作業(yè)效率。
　　遙操作水下工程機器人觸覺臨場感系統(tǒng)由觸覺可視化系統(tǒng)和力反饋系統(tǒng)兩部分組成。基于虛擬現(xiàn)實的觸覺可視化系統(tǒng)是利用建模技術(shù)建立的臨場感系統(tǒng)，建模方法的選擇尤為重要，合適的建模方法不僅可以提高模型的逼真程度，而且可以降低建模難度。力反饋系統(tǒng)是通過力反饋手柄進行力覺提示的，設(shè)計合適的力反饋控制類型可獲得理想的力覺臨場感。
　　為了提高在水下惡劣環(huán)境下作業(yè)的遙操作水下工程機器

3、人的觸覺臨場感系統(tǒng)的沉浸感、臨場感和實時性，本文對觸覺可視化系統(tǒng)的建模技術(shù)和力反饋系統(tǒng)的力覺臨場感技術(shù)進行研究，主要內(nèi)容如下：
　　1.為了提高觸覺可視化系統(tǒng)圖像的逼真程度和降低其開發(fā)難度，采用SolidWorks建模與 OpenGL函數(shù)建模的混合建模方法建立了虛擬工程機器人幾何模型，利用旋轉(zhuǎn)矩陣建立了目標物體模型，利用 OpenGL的 NURBS函數(shù)建立了水下地形模型。
　　2.為了控制虛擬工程機器人運動，采用 D-H描述

4、方法推導(dǎo)出了虛擬工程機器人的運動學方程，并建立了各液壓缸位移變化量與相應(yīng)關(guān)節(jié)角之間的數(shù)學轉(zhuǎn)換模型。
　　3.為了實現(xiàn)力覺臨場感，提出了基于直接力反饋型的控制方法，搭建了力反饋系統(tǒng)硬件平臺，在基于 Windows平臺的VC++環(huán)境下利用DirectX實現(xiàn)了力反饋手柄和工控機之間的通信。
　　實驗結(jié)果表明：所采用的建模方法不僅能提高虛擬工程機器人、目標物體和水下地形模型的逼真度，且可降低建模難度，縮短開發(fā)周期；建立的力反饋系統(tǒng)能