面向危险物处置的仿人机器人遥操作技术研究

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传统的危险物处置机器人主要以任务型单臂机器人为主,缺少灵巧操作能力,而仿人型双臂机器人相比于单臂机器人可以执行更为复杂的任务,具有更广泛的应用前景。本文在对比分析国内外典型危险物处置机器人的构型、控制方式、任务能力等基础上,聚焦于面向危险物处置的仿人机器人遥操作技术研究。本文针对隐蔽爆炸物处置的双臂松协调型任务和大体积化学品处置的双臂紧协调型任务,搭建机器人遥操作系统,分别对上述两类任务展开研究,为遥操作仿人机器人通过双臂协作安全处置危险物提供技术支撑。首先,搭建面向危险物处置的仿人机器人遥操作系统。建立双臂仿人机器人运动学模型,完成机器人7DOF机械臂的正、逆运动学分析。根据遥操作过程中数据传输需求,确定机器人遥操作系统总体结构以及系统硬软件组成与连接方式,设计系统中主端至从端机器人双臂、头部关节、腰部关节的位置和速度映射策略。开发主端人机交互软件,增加操作者临场感和对任务环境的掌控感,并进行了遥操作系统功能性验证。其次,研究面向隐蔽爆炸物处置的双臂松协调遥操作技术。分析双臂松协调处置隐蔽爆炸物任务的难点,设计真实性设计任务场景,对遥操作仿人机器人执行任务的步骤进行分解,不同步骤采取不同的遥操作映射策略,采用阻尼最小二乘法解决遥操作过程中机械臂的奇异问题。完成了遥操作处置隐蔽爆炸物的实验验证。最后,研究面向大体积化学品处置的双臂紧协调遥操作技术。分析双臂紧协调处置大体积化学品任务的难点,设计与真实化学救援环境相似的任务场景,对任务进行细化分解,提出视场跟随算法。设计双臂同步运动算法和腰臂解耦运动算法实现双臂紧协调运动,采用巴特沃斯算法解决机械臂抖动问题。完成了遥操作处置大体积化学品的实验验证。
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