论文部分内容阅读
空间机器人代替宇航员进行在轨作业任务,既能保障航天员的生命安全,降低作业负担,还能提高作业效率,扩展航天员的作业能力范围。但目前受到多种科学技术水平的限制,空间机器人短期内还难以实现完全或局部自主运动。因此,针对空间非结构化的环境,本文研究空间机器人的遥操作相关技术,在主端采用虚拟夹具方法来辅助手控器和数据手套的遥操作控制,在从端则采用阻抗控制来实现遥操作柔顺示教。从而将人的专家知识和决策能力引入控制回路之中,无论是随机性很强的舱外故障维修还是重复度较高的装配等任务,空间机器人在航天员的操控下,都能很好地实现遥操作与示教。 首先研究了手控器和数据手套的映射控制方法,并解决了手控器工作空间的映射漂移问题。通过五种手控器控制模式和两种数据手套控制模式来实现虚拟夹具辅助的遥操作控制。以手控器遥操作为例,构建不同控制模式下的虚拟夹具模型和基约束类型,实现了基于操作者运动意图的虚拟夹具在线生成技术,并给出了虚拟夹具基约束引导操作路径生成的方法。通过人工势场法在虚拟夹具模型中引入虚拟力,结合传感器反馈力,实现了具有力觉临场感的遥操作。 其次研究了空间机器人的遥操作示教。在示教过程中,当机械臂与作业环境发生交互时,采用优化的基于位置内环的阻抗控制算法实现机械臂的柔顺示教,使机械臂与外界环境的接触力保持在一定的范围内。然后运用一阶滞后滤波和五点三次平滑滤波对数据进行消抖和平滑处理。在示教再现中,对保存的指令数据进行运动轨迹规划,包括路径的插补算法和速度控制算法,以实现遥操作示教的运动复现。 最后对空间机器人遥操作系统进行开发,包括主端遥操作子系统和从端机器人子系统的软硬件平台搭建,以及多种通信方式的实现。为验证本文所提出的方法,进行了相关的任务实验,包括手控器和数据手套的联合作业实验以及手控器遥操作控制机械臂示教作业实验。通过对实验过程和数据进行分析,验证了虚拟夹具辅助空间机器人遥操作的可靠性与空间机器人遥操作示教的可行性。