一、TPM手控器操作臂的变形分析（论文文献综述）
仲飞[1]（2021）在《搬运机器人遥操作系统设计及控制方法研究》文中指出随着现代科学技术的进步发展,人类实践探索能力进一步增强,工作的环境越来越广泛,遥操作机器人系统得到了迅速发展。目前全自主机器人的工作能力有限,危险环境人类无法亲身触及,促使遥操作机器人逐渐成为研究的重点。在航空航天、医疗、核工业、深海探测、搬运等领域得到了广泛的应用。本文在国内外主从遥操作系统的研究基础上,将进行以下的研究工作:首先,对遥操作系统中主从机器人的结构进行设计。主端手控器采用4+1自由度串联型机械臂综合构型,设计内容包括基座回转关节、肩关节、肘关节、腕关节以及具有力反馈功能的末端夹持装置,根据稳定性需求,肩关节肘关节部分采用平行四边形冗余结构。概述了从端搬运机器人的结构设计思路,包括对夹爪进行的针对性设计。其次,分析主从机器人的结构,使用改进型DH法列出DH参数表,求取主机器人运动学正解。从机器人逆运动学的求解分两部分,前三个转动关节的角度通过几何法算出,最后一个关节,则基于遥操作系统主从手位姿一致性进行求解。通过Matlab机器人工具箱,分别对主从端机器人进行建模,来验证求解结果的正确性,为遥操作系统控制部分研究提供基础。随后,通过Matlab机器人工具箱,采用蒙特卡洛法分别对主从机器人的工作空间进行求解。由主从机器人工作空间的不一致,引出对控制策略的研究。将遥操作系统划分为两种工作模式,分别为自由模式和交互模式。自由模式主要针对从机器人空间利用率问题,交互模式针对工作内容有一定程度精细要求的环境。最后,通过Matlab/Simulink以及Solidworks的联合使用,进行模型可视化仿真,确定遥操作系统模型的正确性。在仿真基础上,搭建遥操作实验平台,进行主从端机器人位置跟踪与力反馈相关实验。
洪成[2]（2021）在《基于无源理论的遥操作时延下控制方法研究》文中研究说明遥操作技术是人类在空间探索、核工业、远程医疗等领域进行工作最主要的方法,帮助减少危险环境的影响和拓展人类对空间距离的限制具有重要意义。目前全自主式机器人设计上有所缺陷,而利用人的智能决策与机器进行协同是非常有效的处理办法。遥操作技术最大的问题是时延,时延的存在不仅仅会影响到系统的稳定性也会影响到系统的操作性能。本文以此为背景对遥操作时延下的控制方法展开相关分析和研究。针对遥操作系统搭建双边控制结构模型,因为时延的存在是导致遥操作系统产生不稳定的主要因素,对整个系统进行无源理论分析。对时延环节造成系统不稳定情况添加波变量控制器改变时延环节的无源性。相比较传统的力/位置双边控制结构,搭建含有更全面信息的四通道结构,从而提升系统的操作性能。针对基于无源理论四通道双边控制结构,在无源理论的基础上进行稳定性分析,得出系统稳定的基本条件。考虑到所设计的控制结构包含多个控制参数,利用Matlab搭建仿真平台,验证设计控制结构的合理性。考虑到时延环节利用波变量控制器将力和速度信息通道直接叠加的干扰,将主端力信息和从端速度信息构建波变量通道,主端速度信息和从端力信息搭建一组波变量通道,通过仿真验证了结构的合理性。为了系统性验证控制结构的有效性,本文设计并搭建一个遥操作双边控制实物平台,对基于无源理论的四通道双边控制结构和双波变量法双边控制结构进行实物验证。实验结果表明本文提出的控制结构和双波变量通道结构能保证系统稳定的前提下,从端信息有效的对主端操作人员产生临场感。
刘大翔[3]（2020）在《面向操作任务的机器人交互系统研究》文中进行了进一步梳理面对灾后救援等环境中的复杂类人操作任务,机器人的自主操作和遥操作至今仍然都是比较复杂的问题。自主系统需要解决对象识别、定位和避障等问题,但单纯的遥操作系统需要处理信息丢失和延迟等通信问题,并向操作员提供及时且适当的反馈和环境感知。为应对以上方案所面对的困难,本文基于ROS（Robot Operating System）平台研究了一种面向操作任务的远程机器人交互系统,对机器人交互系统架构、运动学方案和运动规划方法进行了分析,并设计了融合任务级操作、主从遥操作和关节操作等模式以及虚拟交互仿真功能的人机交互软件,以允许操作员在不同层面上对远端机器人进行有效地监督和灵活便捷地控制。本文根据对灾难环境类人操作任务的应用需求分析,搭建了机器人交互系统平台,提出了一种基于ROS平台的远程机器人交互系统的总体方案。为使交互系统有效地应对复杂操作任务,对机器人进行了总体运动分析,包括全身关节运动学分析和移动平台运动学分析,确定了冗余自由度运动支链的运动学逆解方法,并提出了基于操作灵活性的全身运动策略,为交互系统整体控制方案的实现提供了基础。针对系统面对的复杂操作任务,本文提出基于任务分解和分类的规划方法。该方法将任务进行逐级分解,以由基本运动描述的子任务序列进行表示,并进行了通用子任务分类。同时进行典型任务的运动约束研究,确定了基于约束优化的避碰路径算法和由基本运动描述的运动规划实施方法。易操作的交互软件对于普通用户至关重要,因此,本文提出了基于Qt和ROS平台的人机交互软件设计方法,包含了软件界面和功能节点的设计。软件界面的设计涉及层次化主控界面设计、辅助功能界面设计和虚拟场景界面搭建,其中层次化主控界面主要由单关节调试模块、关节组控制操作模块、便捷遥操作模块和任务规划模块组成;软件功能节点基于ROS的消息通信机制和Qt的多线程及信号槽机制实现。同时本文对各控制节点和虚拟场景以及状态节点的设计流程进行了详细分析。在本文的最后,基于Gazebo搭建了机器人物理仿真平台并进行交互流程的设计,模拟真实机器人平台进行了交互系统功能的测试。通过典型的开门和拧阀门任务,验证了本文所提出的机器人交互系统设计方案的可行性。
李星[4]（2019）在《一种混联手术操作手控制机构研究》文中指出同构式主从遥操作系统的操作过程形象直观,含中间被动分支的少自由度并联机构的结构简单、稳定性高,两者结合可以成为控制简单、随动灵活的主从操作手系统。选取一种含中间被动分支的并联机构和柔性手指机构组成混联操作手,将中间被动分支拓展应用于外科手术领域。本文主要研究混联手术操作手的主动端控制手机构,对所选机构的性能和控制系统的原理进行了分析,为探索该类型主从遥操作系统的应用提供了理论依据。结合人机工程学选取主要零部件,设计了主动端控制手装置。利用CAD软件的二次开发技术,绘制了控制手机构的操作空间。在矢量法基础上推导出机构的运动学解析模型,利用Matlab对解析模型和仿真模型同步求解,两组结果进行对比,验证了运动学模型的正确性。基于虚功原理和达朗贝尔原理,建立了含弹簧作用的控制手机构的静力学与动力学解析模型,借助Adams搭建的虚拟样机对力学解析模型进行验证。根据运动学和力学分析结果,建立控制手分支弹簧刚度模型。以三种特定运动为例,分析弹簧刚度对操作力的影响,以及机构在不同位姿下的灵巧度变化。提高了对机构性能的认识,对改善控制手的操作体验,优化机构的尺寸设计提供了思路。选用“PC+运动控制卡”作为上位控制系统,利用直线位移传感器检测主动端控制手的分支位移信号,从动端操作手以电动缸为执行元件,分支传感器提供实际位移反馈量,由此建立主从端位置闭环控制系统。以单分支主从系统为例,将伺服电机和丝杠传动系统的模型进行简化处理,推导出控制系统的传递模型。为了提高主从端位置随动性能,将模糊自适应PID算法用于控制系统。利用Simulink搭建控制系统的仿真模型,观察系统阶跃响应曲线,验证了优化后的算法对于系统性能的提升作用。
鹿振宇[5]（2019）在《面向协同操作的多人多机遥操作控制方法研究》文中进行了进一步梳理遥操作技术是一种在远距离跨度的约束下,为实现人与机器人同步交互的需求,通过信息化手段帮助人类实现感知和行为在远端延伸的方式,目前已经在深海、深空探测、核废料处理领域得到广泛的应用。随着操作任务的逐渐复杂化,且受制于单机器人操作能力和操作者自身能力不足的限制,传统的单操作者单机器人（简称单人单机）遥操作的方式已经远远不能满足任务需要。所以,采取多操作者多机器人（简称多人多机）遥操作成为解决这类任务必然选择。相比于单人单机的操作模式,多人多机遥操作的控制难度体现在1.多机械臂协同操作约束下系统的控制模式和结构选择受限;2.主从端通信与局部通信并存的多回路特征导致网络环境更为复杂;3.需要在传统遥操作稳定性、透明性的基础上考虑操作的协同性和鲁棒性。本文在前人研究的基础上,针对以上问题对于多人多机遥操作中的位置同步控制与协同控制方法展开研究,主要的研究成果如下:第3章针对变时延条件下多机械臂的协同操作问题,考虑机械臂自身存在动力学参数偏差、未知外力等影响,提出了基于状态预测的自适应模糊控制方法。该方法中构建了一种位置/力矩的双观测器控制结构。位置观测器估计随机网络诱导时延下远端状态信息,消减信息传输时延造成的影响;力观测器通过综合时延估计（TDE）和观测器增益的力估计方法,在降低计算复杂度的同时,实现对外力和不确定动力学项的耦合力矩的估计,并通过自适应模糊控制方法抑制估计偏差的影响,与现有方法相比,本章算法能显着提高主从协同操作的同步效果。第4章针对主从端多回路通信导致的时变时延范围的不确定性,以及模型和加速度信息偏差导致的力矩估计偏差过大的问题,提出了基于Takagi–Sugeno（T-S）模糊观测器和改进混合TDE/观测器增益力估计的位置同步控制方法。该方法在双观测器控制结构的基础上,通过T-S模糊观测器来估计远端非线性低频时延采样信息;而改进力观测器通过辅助模型实现对参数不确定性导致力的估计偏差进行实时补偿,仿真结果显示了同等条件下,力矩估计精度显着提高。本章所提出方法也是首次针对多人多机的多回路通信特性提出的解决方案。第5章针对多人多机遥操作中机械臂受干扰情况下导致内力突变的问题,提出了基于相对位置/作用力的协同控制方法。该方法包含两种控制策略并用以实现位置同步控制和协同控制的平衡。前一策略按照功能将机械臂划分为主机械臂和辅助机械臂,主机械臂通过位置同步控制实现对主操作者的运动跟随,辅助机械臂通过基于相对雅克比矩阵的控制器实现协同操作;后一策略提供了一种基于相对阻抗的力/位混合控制方法,该方法一方面通过设计自适应因子平衡位置同步控制和基于相对作用力的协同控制的关系,另一方面将力矩偏差和外界扰动力矩的耦合项根据其非线性特征进行分别补偿,消减力跟踪误差,最后通过仿真实验对两种控制策略的适用性进行了验证和总结。第6章针对多人多机遥操作中操作对象受干扰情况下多机械臂与操作对象状态快速稳定的问题,提出了一种基于对象状态观测器和改进障碍Lyapunov函数（BLF）的控制方法。考虑协同操作过程中对象形变不可测和机械臂接触点与对象质心距离时变的问题,在分析多机械臂与操作对象力/位置耦合关系的基础上,将控制力根据操作对象状态和各机械臂作用效果的性能要求进行分解,在协同操作过程中物理约束和性能约束的条件下,设计操作对象状态的非线性观测器和基于改进BLF的力/位置模式的控制器,对于操作机械臂的暂态和稳态性能进行约束,进一步利用Lyapunov函数对系统的渐近收敛性以及预定的同步性能进行了严格证明。对比仿真结果验证了所提出的方法能较快消除外界未知扰动对操作对象的影响,实现与主端操作效果的一致性。
倪得晶[6]（2018）在《面向空间机器人遥操作的环境建模与人机交互技术研究》文中进行了进一步梳理太空探索一直是空间科学研究的热点,然而太空环境具有微重力、强辐射、不确定性等特点,对航天员的实地探索造成了极大的安全威胁,同时,完全自主的智能机器人难以在短期内实现,因此,人在回路的空间机器人遥操作仍是现阶段太空探索的主要技术手段,即地面的操作人员提供作业指令,控制空间机器人执行任务,作业过程中的多感知信息反馈给操作者,实现“身临其境”的作业感受,以顺利完成作业任务。本文以空间机器人遥操作为任务背景,对环境建模与人机交互技术进行分析,依次从基于虚拟环境的空间机器人遥操作系统的设计方法、非结构化虚拟环境建模方法、可移动作业对象动力学在线建模与修正,以及非结构化环境中虚拟力约束动态生成及共享控制方法等方面展开深入研究。针对空间机器人遥操作的作业需求,设计并搭建了基于虚拟环境的空间遥操作机器人地面验证系统。首先建立了基于力反馈手控器、SChunk机械臂的主从异构设备的运动学模型,提出了基于位置增量累计映射的方法,实现主从异构机械臂高精度、大空间位姿控制;然后完成了虚拟环境建模,包括虚拟机械臂建模、虚拟环境建模、虚拟力反馈建模,并提出了一种分段线性力空间映射方法,解决了大范围虚拟力反馈向具有小范围输出力的力反馈手控器映射问题;最后完成了从端环境中的感知系统设计、基于ROS的机械臂及多信息控制系统,为后续空间遥操作机器人系统的性能研制及验证提供了理论依据和实验平台。针对非结构化环境作业的需求,提出了一种基于RGB-D点云数据的非结构化环境建模方法,主要包括点云描述的环境几何建模与虚拟力反馈建模。首先对于环境几何建模采用基于多坐标系融合的机械臂辅助预配准,提出了基于SURF-表面法向量特征的点云粗配准,融合颜色与深度特征提高特征点匹配精度,采用了色相辅助的ICP算法进一步完成点云精细化配准,提出了一种点云自适应下采样算法,实现了点云间距的均匀性;然后对于虚拟力反馈建模,采用了一种基于包围球的点云碰撞检测方法,实现了交互设备与点云间实时碰撞检测,同时提出了一种基于表面法向量预估虚拟代理运动的算法,完成了虚拟代理的实时运动估计;最后通过实验验证了本文所采用算法的有效性。针对机器人遥操作领域中动态交互的动力学建模问题,将可移动作业对象类的的动力学建模作为研究重点,提出了一种可移动作业对象动力学建模和在线修正的系统架构。首先研究了碰撞动力学模型与摩擦动力学模型,采用了线性质量-阻尼-弹簧的碰撞模型和改进的Karnopp摩擦动力学模型,提出了一种基于受力突变的运动状态分割算法,完成了交互对象的静态、临界状态和滑动状态的分割;然后研究了基于自适应遗忘算子的迭代最小二乘法、基于遗忘算子的滑动窗口最小二乘法两种方法对环境模型参数进行在线辨识;其次基于所估计的模型参数,实现了虚拟环境中的虚拟力反馈建模与虚拟对象运动预测,同时提出了基于手部力觉最小可觉差的分段模型偏差修正算法,一方面保证了环境模型参数的准确,另一方面降低了通讯带宽压力;最后通过实验验证了本文所提出的方法的有效性。针对人在回路系统中不可避免的人为随机输入导致的消极影响,研究一种基于RGB-D点云数据结构、适用于非结构化环境的动态虚拟力约束建模方法。首先从两方面展开研究内容,一方面为了防止任意危险碰撞对机械臂及物体的损坏,提出了一种基于局部表面估计的禁止区域保护的力约束构建方法,另一方面为了提高操作效率、克服视觉偏差,提出了一种基于局部预测的动态引导型力约束建模方法;然后针对系统中多模态力反馈、虚拟代理点引入的问题,提出了一种人机共享控制策略,实现了基于模糊逻辑的力约束实施方法;最后通过多试验者对系统进行了评估,并对多模式虚拟力反馈遥操作系统进行了实验分析,验证了方法的有效性。
高亮[7]（2018）在《肺穿刺机器人力反馈主从系统与控制策略研究》文中指出CT引导下经皮肺穿刺介入诊疗技术具有创伤小、安全性高和局部疗效好等优势,在肺癌活检、消融、放射性粒子植入等治疗中发挥着重要作用。但此技术在临床过程中具有辐射危害,医生无法在CT环境下根据实时术中影像实施手术操作,仍然依赖医生主观经验或以虚拟图像导航设备进行穿刺,穿刺准确性低、无法及时发现穿刺过程中发生的病灶移位、出血、气胸等情况,制约了此项技术的发展和肺穿刺手术的质量。因此急需建立一套全新的真正实时的图像引导穿刺机器人系统,实现CT介入下肺穿刺手术的全面改观。本研究针对目前肺穿刺手术中实时性差、穿刺精度低、手术难度大等问题,研发了主从式肺穿刺手术机器人系统,使医生能够在远端实施穿刺手术,实现无辐射实时穿刺。论文围绕肺穿刺手术机器人力反馈主从系统及控制策略展开,重点研究手术机器人的运动性能、双边控制算法、力觉交互技术,并开展相关实验验证和研究。具体内容如下:第一,通过对CT引导下经皮肺穿刺手术的临床需求分析,结合图像、遥操作、机器人等相关技术,研发一套基于力反馈的主从式肺穿刺手术机器人系统,并提出了相应的手术操作方法和流程。第二,针对主从异构式手术机器人系统,对其主操作手进行了运动学建模,并求得了正逆运动学解的所有显式解析表达式,以实现实时运动控制。针对从端机器人,基于D-H参数法,构建机器人运动学模型,分析机器人正逆运动学,并基于蒙特卡洛方法,分析机器人运动空间,研究抛物线过渡的线性插值法分析机器人关节空间的轨迹规划,并进行了相关的仿真实验。第三,对肺穿刺手术机器人系统的控制策略进行了研究。对不同的双边控制策略进行建模,并选择力-位混合型控制策略。研究系统的工作空间映射,采用增量式位置控制策略获得主从空间映射关系,通过变比例主从控制方法实现主从工作空间的灵活调整。将主从跟随误差引入到位置反馈,提高系统的位置控制精度和跟随性。另外,对机器人的作业任务进行分析,研究基于位姿分离的运动控制策略,并提出基于任务导向的运动控制算法。第四,研究主从式肺穿刺手术机器人系统的力反馈算法。设计数字滤波器实现对六维力传感器采集的原始力值信息进行滤波处理,通过重力和零漂补偿及坐标转换算法获得从端手术器械与环境之间的真实交互力,并将其反馈到主端;另外,将主从操作过程中的位置误差与力反馈信息进行融合,并共同反馈至操作者,进一步提高了主从控制过程中的精确性和安全性。最后,在主从控制系统分析的基础上,搭建实验平台,对机器人系统的性能和控制策略的有效性进行实验验证。实验结果显示,肺穿刺手术机器人系统的定位精度能够满足穿刺手术的需要,基于力反馈的主从控制系统能够使医生在远离辐射环境下实施手术,保护了医护人员的身体健康,并可提供较好的操作灵活性和临场感。
李佳钰[8]（2018）在《基于触觉力反馈的六足机器人双向操控技术研究》文中指出六足机器人由于其自身高承载状态下的稳定性能以及应对极限环境时的运动能力,相较于其他类型的移动机器人,其在灾害救援、工程勘探以及野外运输等领域内具有更广阔的应用前景,由此也吸引了诸多专家学者的广泛关注。目前,摆在研究人员面前的关键问题在于,现阶段针对六足机器人所开发的自主控制算法还无法保证其在复杂多变的真实场景中自如行走。另一方面,若完全交由操作者对机器人本体内每一个自由度进行单独操控的话,无形中又会增加操作者的操控负担,起到适得其反的效果。通过分析现有技术手段,面向多种工况条件对于六足机器人可控性以及适应性的实际需求,开发具有一定自主能力的人在环协同操控系统可被视为是解决这一问题的有效手段。本文首先考虑在平坦地形下如何实现六足机器人稳定、高效的双向操控。针对六足机器人原理样机进行本体构型分析,考虑主从端工作空间的不匹配问题,提出半自主控制策略并确定主端位置-从端速度的映射方案。规划六足机器人底层运动控制算法,通过跟踪机体期望速度与实际速度的差值设计系统控制律,并将速度差以触觉力的形式反馈给操作者,再根据无源性准则求解控制律参数的合理范围。最后,基于Vortex多体动力学软件所开发的虚拟仿真模型和Novint Falcon实物力反馈设备创建半物理仿真实验系统并进行相关实验,验证本文所提出平坦地形下六足机器人半自主双向触觉操控方法的有效性,且能够保证系统具有较好的位置-速度跟踪性能。针对松软地形下的六足机器人双向操控问题,本文首先研究机器人在与地面进行动态接触时的足-地作用机理。其中柔性足与松软地面相互作用时所产生的足底滑移现象,导致环境端将作为一个输入有源系统向从端系统注入额外的能量。此时,六足机器人操控系统的无源性将无法满足。因此本文根据法向及切向维度内的足-地接触力学模型分析环境系统所表现出的潜在有源性,通过设计时域无源性控制算法实时补偿足底滑移所造成的机体速度-加速度损失,以此保证松软地形下六足机器人操控系统的稳定性。基于已有的半物理仿真平台验证所提出的控制方法能够改善松软地形下六足机器人双向触觉操控系统的持续跟踪能力。针对崎岖地形下六足机器人的多维度操控问题,本文在半自主控制模式的基础上设计可协同调控机体速度-位姿的二维操控方法。建立腿部的等效弹簧阻尼模型,考虑复杂多变的足底界面所导致的机体波动,提出一种基于变形协调补偿以及切向力最优分配的足力优化方法,采用虚拟阻抗控制实现动态跟踪目标足力的柔顺调节机制。根据虚拟悬架模型设计机体位姿层的双向控制器,通过无源性定理证明所设计操控系统的稳定性以及力透明度。在原有半物理仿真实验平台上进行多主单从操控模式的扩展,验证所提出操控方法在全方位运动和位姿波动补偿过程中均能够保证系统稳定的跟踪性能,且操作者可较好的感知从端机器人的运动状态以及作用在机体上的环境力。在障碍地形下,本文提出一种可协同调控机体平移量与单腿位移量的双向触觉操控方法,能够在保证机体稳定裕度的同时提升六足机器人与环境交互的能力。通过将六足机器人可操作腿等效成串联机械臂,将机体的平移等效成并联动平台,并进行耦合效应分析,建立单腿操作的整机运动学模型以及可操作腿的动力学模型。分别设计机体层和单腿层的操控方案,为了消除耦合作用对于机体平移的扰动,采用绝对稳定性准则对机体层控制律参数进行确定。为了补偿操作端交互力的不可测量以及模型参数不确定性对于系统闭环控制的影响,基于非线性力观测器以及自适应鲁棒控制器对4-CH单腿操控架构进行改进。通过实验验证所提出的方法及算法能够保证六足机器人在障碍地形下产生稳定的双向操控,提高系统跟踪精度的同时兼具良好的力透明度。本文根据多变的地形条件以及任务需求,分别设计不同的且具有针对性的六足机器人双向触觉操控方法。研究成果可广泛应用于六足机器人在高危、复杂场景中的控制任务,为后续的理论扩展与工程实践提供技术支持及方案储备。
袁祖龙[9]（2018）在《遥操作机器人虚拟环境建模及实验研究》文中研究指明面对恶劣的太空环境和精细的太空作业,空间机器人可以代替人类进行很多重要的作业任务,是开展深空探测的主要手段,具有广阔的应用前景。然而,操作者与机器人之间因为空间位置上的分离,二者之间的信号传输存在较大的时延,极大地影响了作业质量,降低了操作者的作业效率。而基于虚拟环境建模技术的交互式遥操作机器人系统能够削弱时延的影响,提高作业的稳定性和可操作性。虚拟环境建模技术与环境模型的精确度密切相关,当虚拟环境与真实环境不一致时,还会导致操作者做出错误判断。为了真实还原远端真实环境,实现“身临其境”的作业感受,本文对虚拟环境建模技术、虚拟环境模型在线修正、通讯时延等关键技术展开深入研究。?将虚拟环境划分成已知的机械臂模型和复杂未知的作业场景两部分,分别采用模型导入和摄像头信息提取的方法,将摄像头采集的环境点云信息经过坐标系变换叠加到机械臂模型上,完成虚拟环境的几何学建模。?根据物体颜色、形状等特点,通过HSL色彩特征提取、滤除离群点以及RANSAC算法获取障碍物和目标物体的位置信息,同时以机械臂与物体接触时产生的力信号作为环境物体的精确位置,用于虚拟环境的几何模型修正;?针对七自由度机械臂的构型特点,进行D-H参数建模,完成机械臂正向、逆向运动学分析,保障机械臂运动的连贯性和稳定性;?针对机械臂的动力学建模问题,详细介绍了质量-阻尼-弹簧动力学模型,通过接收从端反馈的力和位置信息,利用滑动平均最小二乘法,进行环境动力学参数辨识,计算虚拟接触力,能够真实有效地模拟机械臂末端与环境的交互力。本文在理论分析的同时,设计并搭建了空间机器人遥操作地面实验系统,主要包括六自由度力反馈手控器、主端虚拟环境、UDP网络通信、从端机械臂ROS控制系统、七自由度机械臂等。针对空间机器人遥操作作业需求,设计并完成了一系列不同时延条件下的位置跟踪、交互力跟踪、环境动力学参数辨识等实验,结果表明本文所提出的基于点云的虚拟环境建模方法能有效地降低时延对交互式遥操作机器人系统的影响,在时延010秒内具有良好的力和位置跟踪效果,能够在线辨识虚拟环境的动力学参数,系统具有良好的稳定性和可操作性,操作者具有良好的操作体验,为后续空间遥操作机器人系统的功能验证和性能测试提供了理论依据和实验平台。可以预计,基于虚拟环境建模技术的空间遥操作机器人将被应用于更多更复杂的空间活动,比如进行空间特殊环境下的科学实验、卫星维护和回收、空间站的维护和发展等。
虞启凯[10]（2017）在《双手主从式力反馈遥微操作系统研制与实验研究》文中提出主-从双向伺服遥微操作在微操作/微装配领域有着广泛的应用,如在微/纳米机械、基因工程、微创手术、植物农产品配育种、光纤对接等领域。本文针对遥微操作应用需求,研究设计一套双手主从式带有力反馈的遥微操作系统的试验平台,并辅以双目视觉系统完成遥微操作。课题主要从系统总体方案、多自由度手控器设计和分析、集成微力传感的微夹持器的研制、主从遥微操作控制方法以及平台搭建与试验验证等方面展开研究。在手控器的设计中,根据人行为习惯与功能分配,双手采用不同方案。其中主左手是三维平动机构,对其进行运动学、力传递能力展开分析;主右手采用六自由度串并联复合机构,对主右手的操作空间大小、力传递能力以及综合性能指标进行分析,并以此进行优化设计。另外,对主右手的运动学标定方法进行研究,分析末端位置误差及其几何误差源,采用矢量链法构建相关映射误差模型,提出误差补偿方案。为了实现微操作过程中的反馈力检测,设计并研制一种三维集成力传感的微夹持器。其中包括微夹持器的结构设计、参数优化分析、有限元分析以及微力传感标定试验和微操作试验。主-从双向控制技术是遥微操作中关键技术之一,正向从手位置精确跟踪采用滑模控制方法,并设计非线性扰动观测器实现在线估计和补偿不确定性和摩擦等因素引起的干扰,此外还采用饱和函数替换符号函数以削弱观测器输出抖振现象。而对于反向主手反馈力跟踪采用力闭环控制方案;为适应不同操作状态下的模型结构与参数的时变性,各轴则分别采用模糊PID控制方法;另外针对主从异构采用基于RBF神经网络逆系统的解耦方法,建立右主/从手六轴动力学一一对应关系。完成遥微操作试验平台的搭建和相关测控模块的软硬件实现,并对主从双边遥微操作可行性和稳定性进行相关试验验证,结果表明该系统具有良好的位置跟踪和力反馈跟踪;进一步通过操作细轴/孔装配实验,验证了本试验平台正向位置控制与反向力控制方法的正确性与可行性,也验证了操作者在遥微操作中有着良好的力觉临场感。
二、TPM手控器操作臂的变形分析（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、TPM手控器操作臂的变形分析（论文提纲范文）
（1）搬运机器人遥操作系统设计及控制方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 本课题研究的背景和意义 |
| 1.2 遥操作系统概述 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 遥操作机器人国外研究现状 |
| 1.3.2 遥操作机器人国内研究现状 |
| 1.4 本文研究内容 |
| 第2章 遥操作系统主从机器人结构设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 手控器的设计要求及构型综合 |
| 2.2.1 手控器的设计要求 |
| 2.2.2 手控器的构型综合 |
| 2.3 手控器的机械结构设计 |
| 2.3.1 回转基座部分 |
| 2.3.2 肩关节部分 |
| 2.3.3 肘关节部分 |
| 2.3.4 腕关节及握持机构部分 |
| 2.4 从端搬运机器人结构设计 |
| 2.4.1 从端机器人本体 |
| 2.4.2 末端夹持机构结构设计 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 主从机器人运动学分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 DH连杆模型建立 |
| 3.3 主手正运动学分析 |
| 3.3.1 主手正运动学方程 |
| 3.3.2 主手正运动学仿真 |
| 3.4 从手逆运动学分析 |
| 3.4.1 从手逆运动学求解 |
| 3.4.2 选择最优解 |
| 3.4.3 从手逆运动学仿真 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 主从映射及力反馈控制策略研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 传统主从映射算法 |
| 4.2.1 基于关节角度的映射 |
| 4.2.2 基于笛卡尔空间的映射 |
| 4.3 工作空间分析 |
| 4.3.1 手控器工作空间 |
| 4.3.2 从端机器人工作空间 |
| 4.4 主从映射策略研究 |
| 4.4.1 自由模式 |
| 4.4.2 交互模式 |
| 4.4.3 模式切换设定 |
| 4.5 力反馈功能方案研究 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 遥操作主从跟踪仿真及实验 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 仿真及实验方案 |
| 5.2.1 方案设计 |
| 5.2.2 RTW及代码生成 |
| 5.3 可视化联合仿真 |
| 5.3.1 Solidworks生成Urdf文件 |
| 5.3.2 Simulink控制模型建立 |
| 5.3.3 联合仿真及结果分析 |
| 5.4 主从机器人位置及力跟踪实验 |
| 5.4.1 软硬件连接 |
| 5.4.2 实验平台搭建 |
| 5.4.3 实验结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的论文与取得研究成果 |
| 致谢 |
（2）基于无源理论的遥操作时延下控制方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 研究的目的和意义 |
| 1.3 遥操作控制方法发展概况 |
| 1.3.1 遥操作控制方法国外研究现状 |
| 1.3.2 遥操作控制方法国内研究现状 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 基于无源理论的双边控制方法研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 无源理论原理概述 |
| 2.2.1 时延环节无源性分析 |
| 2.2.2 时延环节搭建波变量变换器 |
| 2.3 基于无源理论四通道双边控制方法稳定性分析 |
| 2.3.1 搭建基于无源理论四通道双边控制结构 |
| 2.3.2 稳定性分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 控制结构参数仿真分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 遥操作控制系统评价指标概述 |
| 3.3 无源理论下四通道双边控制系统参数分析 |
| 3.3.1 不同时间延迟下系统状态变化 |
| 3.3.2 不同频率下系统的响应 |
| 3.3.3 不同的力调节系数下遥操作系统响应 |
| 3.4 构建基于双通道波变量法的遥操作双边控制系统 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 遥操作双边控制方法实验及分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实物验证平台的搭建 |
| 4.3 实验关键部分实现 |
| 4.3.1 实物验证平台主从端软件设计 |
| 4.3.2 主从端控制器控制程序实现 |
| 4.3.3 时延模块环节设计 |
| 4.4 实验结果 |
| 4.4.1 遥操作双边控制力跟踪效果 |
| 4.4.2 遥操作双边控制位置跟踪效果 |
| 4.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
（3）面向操作任务的机器人交互系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源及研究的背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状及分析 |
| 1.2.1 机器人远程人机交互系统综述 |
| 1.2.2 机器人交互系统总体设计方案综述 |
| 1.2.3 操作任务的运动规划综述 |
| 1.2.4 机器人操作员软件设计综述 |
| 1.2.5 国内外文献综述的总结 |
| 1.3 课题的主要研究内容 |
| 第2章 机器人交互系统总体方案设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 需求分析 |
| 2.3 交互系统总体架构方案设计 |
| 2.3.1 交互系统平台搭建 |
| 2.3.2 系统总体架构设计 |
| 2.4 机器人运动学分析 |
| 2.4.1 全身关节运动学分析 |
| 2.4.2 移动平台运动学分析 |
| 2.4.3 全身运动策略 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 面向操作任务的运动规划方法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于任务分解的运动规划方法 |
| 3.2.1 任务分解规划概述 |
| 3.2.2 操作任务分解与分类 |
| 3.3 典型操作任务运动约束关系 |
| 3.3.1 开门任务运动约束分析 |
| 3.3.2 拧阀门任务运动约束分析 |
| 3.3.3 运动规划的其他约束 |
| 3.4 操作任务运动规划实施方法 |
| 3.4.1 避碰路径规划算法 |
| 3.4.2 具体实施方法 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 机器人交互软件设计与实现 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 人机交互软件界面设计 |
| 4.2.1 交互界面设计原则 |
| 4.2.2 层次化主控界面设计 |
| 4.2.3 辅助界面设计 |
| 4.2.4 三维显示与仿真界面搭建 |
| 4.3 人机交互软件功能节点设计 |
| 4.3.1 关节控制节点设计 |
| 4.3.2 基于摇杆的便捷遥操作节点设计 |
| 4.3.3 任务规划关键节点设计 |
| 4.3.4 虚拟场景模型节点设计 |
| 4.3.5 状态节点设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 机器人交互系统仿真研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 任务仿真平台搭建及流程 |
| 5.2.1 仿真平台搭建 |
| 5.2.2 仿真流程设计 |
| 5.3 交互系统仿真 |
| 5.3.1 非任务模块仿真和操作灵活性可视化 |
| 5.3.2 开门任务综合仿真 |
| 5.3.3 拧阀门任务综合仿真 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文及其它成果 |
| 致谢 |
（4）一种混联手术操作手控制机构研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 手术机器人研究概述 |
| 1.2 少自由度并联机构概述 |
| 1.3 遥操作控制系统概述 |
| 1.4 论文来源及选题意义 |
| 1.5 论文主要研究内容 |
| 第2章 手术操作手与控制手装置 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 手术操作手装置 |
| 2.3 操作控制手装置 |
| 2.4 操作控制手机构分析 |
| 2.4.1 控制手机构构型 |
| 2.4.2 控制手机构位置反解 |
| 2.4.3 控制手机构自由度分析 |
| 2.5 控制手机构操作空间 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 控制手机构运动学性能分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 控制手机构速度分析 |
| 3.2.1 控制手机构分支线速度解析 |
| 3.2.2 控制手机构动平台中心点速度解析 |
| 3.2.3 控制手机构分支SPS/UPU角速度解析 |
| 3.3 控制手机构加速度分析 |
| 3.3.1 控制手机构分支线加速度解析 |
| 3.3.2 控制手机构分支角加速度解析 |
| 3.4 控制手机构运动学模型对比验证 |
| 3.4.1 控制手机构模型参数设置 |
| 3.4.2 搭建控制手机构仿真模型 |
| 3.4.3 控制手机构运动学验证与分析 |
| 3.5 控制手机构灵巧度 |
| 3.5.1 控制手机构Jacobian矩阵分析 |
| 3.5.2 控制手机构灵巧度分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 控制手机构力学性能分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 控制手机构静力学分析 |
| 4.3 控制手机构动力学分析 |
| 4.3.1 控制手机构分支质心运动学 |
| 4.3.2 控制手机构分支惯性张量转换 |
| 4.3.3 控制手机构动力学解析模型 |
| 4.4 控制手机构力学模型对比验证 |
| 4.4.1 控制手机构静力学验证与分析 |
| 4.4.2 控制手机构动力学验证与分析 |
| 4.5 控制手弹簧刚度分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 遥操作位置闭环控制策略 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 主从端系统原理及主要部件 |
| 5.2.1 控制系统选型及其工作原理 |
| 5.2.2 主从端系统主要部件 |
| 5.3 主从端系统模型分析 |
| 5.3.1 电动缸传动系统模型分析 |
| 5.3.2 从动端直流电机模型分析 |
| 5.3.3 主从端控制系统框图 |
| 5.4 位置随动系统控制器设计 |
| 5.4.1 传统PID调节器 |
| 5.4.2 模糊自适应PID控制器 |
| 5.4.3 系统仿真验证及结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 附录Ⅰ 论文符号说明 |
| 附录Ⅱ 控制手机构运动学最大误差分析 |
| 附录Ⅲ ΔKp、ΔKi、ΔKd模糊控制规则表 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
| 致谢 |
（5）面向协同操作的多人多机遥操作控制方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 主要符号对照表和缩写 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 相关领域研究问题现状 |
| 1.2.1 控制方案与结构的问题 |
| 1.2.2 网络环境影响的问题 |
| 1.3 涉及的主要问题及研究意义 |
| 1.3.1 控制结构与模型假设的问题 |
| 1.3.2 多回路网络通信环境下的控制问题 |
| 1.3.3 从端外部扰动下协同操作的问题 |
| 1.3.4 问题的研究意义 |
| 1.4 研究内容与结构安排 |
| 1.4.1 研究内容 |
| 1.4.2 结构安排 |
| 第2章 多人多机遥操作系统模型 |
| 2.1 多人多机遥操作系统建模 |
| 2.2 操作环境/对象建模 |
| 2.3 研究对象模型参数 |
| 2.3.1 仿真模型参数 |
| 2.3.2 操作环境/对象模型参数 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 面向协同操作的多人多机遥操作位置同步控制 |
| 3.1 预备知识 |
| 3.2 基于位置/力双观测器的自适应模糊控制 |
| 3.2.1 控制问题描述 |
| 3.2.2 位置同步观测器设计 |
| 3.2.3 混合TDE和观测器增益的力估计方法 |
| 3.2.4 控制器设计与稳定性证明 |
| 3.3 仿真验证 |
| 3.3.1 仿真条件 |
| 3.3.2 实验结果与分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 多回路网络环境下的多人多机遥操作位置同步控制 |
| 4.1 预备知识 |
| 4.2 基于T-S模糊位置观测器与力补偿的控制器设计 |
| 4.2.1 控制问题描述 |
| 4.2.2 基于T-S模糊滤波的观测器设计 |
| 4.2.3 基于辅助模型的力补偿与估计方法 |
| 4.2.4 控制器设计与稳定性证明 |
| 4.3 仿真验证 |
| 4.3.1 仿真条件 |
| 4.3.2 仿真结果分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 操作机构受干扰情况下的多人多机遥操作协同控制 |
| 5.1 问题描述与控制策略 |
| 5.1.1 控制问题描述 |
| 5.1.2 相对运动/作用力对于系统性能的影响 |
| 5.1.3 控制器设计思路 |
| 5.2 区分功能策略的控制器设计 |
| 5.2.1 基于相对雅克比矩阵的控制器设计 |
| 5.2.2 稳定性分析 |
| 5.3 不区分功能策略的控制器设计 |
| 5.3.1 自适应切换控制变量 |
| 5.3.2 基于改进TDE算法的控制器设计 |
| 5.3.3 稳定性分析 |
| 5.4 仿真验证 |
| 5.4.1 仿真条件 |
| 5.4.2 仿真结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 易变形对象受干扰情况下的多人多机遥操作协同控制 |
| 6.1 预备知识 |
| 6.2 基于对象状态估计与BLF算法的控制器设计 |
| 6.2.1 控制问题描述 |
| 6.2.2 控制器设计 |
| 6.2.3 稳定性分析 |
| 6.3 仿真验证 |
| 6.3.1 仿真条件 |
| 6.3.2 仿真结果分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况 |
（6）面向空间机器人遥操作的环境建模与人机交互技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景和意义 |
| 1.2 国内外经典空间机器人遥操作系统研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 基于虚拟环境的机器人遥操作系统关键技术研究现状 |
| 1.3.1 虚拟环境几何建模技术研究综述 |
| 1.3.2 环境动力学在线建模研究综述 |
| 1.3.3 虚拟辅助力约束建模研究综述 |
| 1.4 目前存在的主要问题 |
| 1.5 主要研究内容 |
| 第二章 基于虚拟环境的空间机器人遥操作系统的设计分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基于虚拟环境的空间机器人遥操作系统设计思想 |
| 2.3 基于虚拟环境的空间机器人遥操作系统总体设计 |
| 2.4 基于异构式手控器的机械臂运动控制分析 |
| 2.4.1 从端机械臂 |
| 2.4.2 机械臂正运动学 |
| 2.4.3 机械臂逆运动学 |
| 2.4.4 主端力反馈手控器运动分析 |
| 2.4.5 基于异构式力反馈手控器的机械臂位姿控制 |
| 2.5 虚拟环境建模基础设计 |
| 2.5.1 虚拟机械臂几何学建模 |
| 2.5.2 预定义环境几何学建模 |
| 2.5.3 虚拟力反馈建模及力空间映射 |
| 2.6 从端感知与控制系统 |
| 2.6.1 感知系统 |
| 2.6.2 从端控制系统 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 基于RGB-D点云的非结构化环境建模方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于RGB-D点云的虚拟环境建模概述 |
| 3.3 基于RGB-D点云配准的虚拟环境几何建模 |
| 3.3.1 Kinect视觉传感器标定 |
| 3.3.2 RGB-D点云预处理 |
| 3.3.3 基于多坐标系融合的机械臂辅助点云预配准 |
| 3.3.4 基于SURF-表面法向量特征的点云粗配准 |
| 3.3.5 基于H-ICP的点云精配准算法 |
| 3.3.6 点云自适应下采样 |
| 3.3.7 点云配准实验 |
| 3.4 基于RGB-D点云的虚拟力反馈建模 |
| 3.4.1 基于包围球的点云碰撞检测 |
| 3.4.2 点云环境虚拟代理运动估计 |
| 3.4.3 虚拟力反馈计算 |
| 3.4.4 虚拟力反馈建模实验 |
| 3.5 系统实验 |
| 3.5.1 自由运动实验 |
| 3.5.2 碰撞过程实验 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 可移动作业对象的在线动力学建模与修正 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 系统概述 |
| 4.2.1 机械臂与环境交互过程分析 |
| 4.2.2 系统架构 |
| 4.3 可移动作业对象动力学模型 |
| 4.3.1 碰撞动力学模型 |
| 4.3.2 改进的Karnopp摩擦模型 |
| 4.3.3 基于持续受力突变的运动状态分割算法 |
| 4.4 多模型参数在线估计方法 |
| 4.4.1 基于遗忘算子的滑动窗最小二乘法的参数辨识 |
| 4.4.2 基于自适应遗忘算子迭代最小二乘法的参数辨识 |
| 4.5 虚拟力建模及模型位置更新 |
| 4.6 基于最小可觉差的动力学模型偏差修正 |
| 4.6.1 最小可觉差 |
| 4.6.2 分状态模型偏差修正方法 |
| 4.7 实验分析 |
| 4.7.1 实验设置 |
| 4.7.2 主从碰撞力跟踪 |
| 4.7.3 主从物体位置跟踪 |
| 4.7.4 系统评估 |
| 4.8 本章小结 |
| 第五章 非结构化环境虚拟力约束动态生成及共享控制研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 非结构化环境中虚拟力约束构建方法架构 |
| 5.2.1 传统虚拟夹具定义方法 |
| 5.2.2 基于RGB-D点云的虚拟夹具实时构建框架 |
| 5.3 引导型虚拟力约束构建方法 |
| 5.3.1 传统人工力势场的简介及生成办法 |
| 5.3.2 基于点云的局部隐式表面构建方法 |
| 5.3.3 基于区域预测的局部力势场构建方法 |
| 5.4 禁止区域虚拟力约束构建方法 |
| 5.5 基于多模式力反馈和模糊逻辑的机械臂控制策略 |
| 5.5.1 基于多模式力反馈的机械臂位置映射方法 |
| 5.5.2 基于模糊逻辑的多模式力反馈控制方法 |
| 5.6 实验分析 |
| 5.6.1 实验设置 |
| 5.6.2 引导型虚拟力约束实验评估 |
| 5.6.3 禁止区域虚拟力约束实验评估 |
| 5.6.4 系统实验 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 本文主要创新点 |
| 6.3 未来研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
（7）肺穿刺机器人力反馈主从系统与控制策略研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 医疗机器人概述 |
| 1.3 主从式手术机器人系统发展及研究现状 |
| 1.3.1 国外主从式手术机器人系统发展及研究现状 |
| 1.3.2 国内主从式手术机器人系统发展及研究现状 |
| 1.4 主从操作人机接口研究现状 |
| 1.5 主从式肺穿刺手术机器人的关键技术分析 |
| 1.6 本文所采用的研究思路和方法 |
| 第二章 主从式肺穿刺手术机器人系统设计 |
| 2.1 肺穿刺手术需求分析 |
| 2.1.1 肺穿刺手术概述 |
| 2.1.2 存在问题与需求分析 |
| 2.2 主从式肺穿刺手术机器人系统总体 |
| 2.3 肺穿刺手术机器人主操作手 |
| 2.3.1 主操作手结构方案选型 |
| 2.3.2 力觉操作手Omega.6 |
| 2.4 肺穿刺手术机器人从操作手 |
| 2.4.1 肺穿刺手术机器人从操作手定位结构 |
| 2.4.2 肺穿刺手术机器人定向及进针机构 |
| 2.4.3 肺穿刺手术机器人整体装配 |
| 2.5 主从式肺穿刺手术机器人控制系统 |
| 2.5.1 肺穿刺手术机器人系统硬件结构组成 |
| 2.5.2 肺穿刺手术机器人软件控制流程 |
| 2.6 主从式肺穿刺手术机器人系统手术流程 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 肺穿刺手术机器人主从手运动学建模与轨迹规划 |
| 3.1 肺穿刺机器人主手运动学建模 |
| 3.1.1 肺穿刺机器人主手运动学建模及其快速求解 |
| 3.1.2 DELTA并联机构的正运动学显式解析解 |
| 3.1.3 DELTA并联机构的逆运动学显式解析解 |
| 3.2 肺穿刺机器人从手运动学建模 |
| 3.2.1 运动学建模 |
| 3.2.2 从操作手的正运动学显式解析解 |
| 3.2.3 从操作手的逆运动学显式解析解 |
| 3.2.4 肺穿刺机器人从手运动学仿真 |
| 3.3 肺穿刺机器人从手工作空间分析 |
| 3.4 肺穿刺机器人从手轨迹规划 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 主从控制策略与映射关系 |
| 4.1 主从控制方案 |
| 4.1.1 双边控制的性能指标 |
| 4.1.2 双边控制策略分析与选择 |
| 4.2 肺穿刺机器人主从手运动映射 |
| 4.2.1 增量式位置控制 |
| 4.2.2 变比例控制 |
| 4.3 任务导向型主从运动控制算法 |
| 4.3.1 作业任务类别 |
| 4.3.2 主从操作手空间运动控制模型 |
| 4.4 实验验证 |
| 4.4.1 主从位置跟随效果和误差分析 |
| 4.4.2 主从操作臂空间定位 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 基于力反馈的主从控制及进针策略 |
| 5.1 从端力觉信息采集与分析 |
| 5.1.1 力传感器数据滤波 |
| 5.1.2 力传感器的重力和零漂补偿 |
| 5.2 位置误差附加力的计算 |
| 5.3 控制效果分析 |
| 5.3.1 力控制效果 |
| 5.3.2 对提高位置控制精度的影响 |
| 5.4 穿刺力采集与分析 |
| 5.4.1 穿刺过程分析 |
| 5.4.2 穿刺力采集与分析 |
| 5.5 基于进针力及生理运动的实时进针策略 |
| 5.5.1 穿刺针进入肺部皮肤表面瞬间的进针策略 |
| 5.5.2 穿刺针进入肺部软组织内的进针策略 |
| 5.5.3 基于生理运动的进针策略 |
| 5.6 安全控制策略 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 肺穿刺手术机器人实验验证 |
| 6.1 实验系统介绍 |
| 6.2 机器人定位误差实验 |
| 6.3 机器人系统模型实验 |
| 6.4 CT引导机器人模型实验 |
| 6.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表论文与研究成果清单 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（8）基于触觉力反馈的六足机器人双向操控技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究目的及意义 |
| 1.2 六足机器人系统研究综述 |
| 1.2.1 国外六足机器人系统研究综述 |
| 1.2.2 国内六足机器人系统研究综述 |
| 1.3 机器人操控系统研究综述 |
| 1.3.1 非足式机器人操控系统研究综述 |
| 1.3.2 足式机器人操控系统研究综述 |
| 1.4 操控技术研究综述 |
| 1.4.1 双向操控技术研究综述 |
| 1.4.2 多边操控技术研究综述 |
| 1.5 国内外研究现状对比及存在的挑战 |
| 1.6 本文的主要研究内容 |
| 第2章 平坦地形下基于半自主策略的六足机器人双向触觉操控研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 六足机器人系统及操控方案描述 |
| 2.2.1 六足机器人系统 |
| 2.2.2 操控方案设计 |
| 2.3 平坦地形下六足机器人操控系统主从端建模 |
| 2.3.1 单自由度的主端机器人建模 |
| 2.3.2 从端机器人单腿运动学建模 |
| 2.4 六足机器人运动规划算法设计 |
| 2.4.1 直线行走模式的运动规划 |
| 2.4.2 转向行走模式的运动规划 |
| 2.5 平坦地形下六足机器人双向触觉操控算法研究 |
| 2.5.1 操控系统控制算法设计 |
| 2.5.2 操控系统稳定性分析 |
| 2.6 实验验证 |
| 2.6.1 实验系统的主端 |
| 2.6.2 实验系统的从端 |
| 2.6.3 六足机器人双向操控实验 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 松软地形下基于TDPC的六足机器人双向触觉操控研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 机器人足-地接触力学模型研究 |
| 3.2.1 动态接触过程中法向足-地力学模型研究 |
| 3.2.2 动态接触过程中切向足-地力学模型研究 |
| 3.3 松软地形下的六足机器人运动学研究 |
| 3.3.1 六足机器人整机运动学模型 |
| 3.3.2 考虑足底滑移影响下的六足机器人运动学模型 |
| 3.4 松软地形下六足机器人双向触觉操控算法研究 |
| 3.4.1 基于足-地接触力学模型的环境端有源性分析 |
| 3.4.2 基于TDPC的补偿算法设计 |
| 3.4.3 六足机器人双向触觉操控系统的控制律设计 |
| 3.5 实验验证 |
| 3.5.1 实验系统搭建 |
| 3.5.2 松软地形下的六足机器人操控实验验证 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 崎岖地形下六足机器人速度-位姿协同调控的双向触觉操控研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 六足机器人底层控制单元优化算法设计 |
| 4.2.1 基于速度-位姿协同调控的操控方案设计 |
| 4.2.2 基于多目标协同约束的足力优化分配算法设计 |
| 4.2.3 基于虚拟阻抗模型的足力柔顺调控机制 |
| 4.3 考虑位姿波动量的六足机器人操控系统主从端建模 |
| 4.3.1 基于虚拟悬架模型的从端机器人建模 |
| 4.3.2 三自由度的主端机器人建模 |
| 4.4 崎岖地形下六足机器人双向触觉操控算法研究 |
| 4.4.1 速度层操控子系统的控制律设计 |
| 4.4.2 位姿层操控子系统的控制律设计 |
| 4.5 实验验证 |
| 4.5.1 速度层操控实验结果 |
| 4.5.2 位姿层操控实验结果 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 障碍地形下六足机器人机体-单腿协同调控的双向触觉操控研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 障碍地形下六足机器人的操控策略 |
| 5.3 考虑机体-单腿耦合作用的六足机器人建模 |
| 5.3.1 六足机器人机体-单腿耦合运动学模型 |
| 5.3.2 六足机器人机体-单腿耦合动力学模型 |
| 5.4 障碍地形下的六足机器人双向触觉操控算法研究 |
| 5.4.1 机体层操控子系统的控制律设计 |
| 5.4.2 单腿层操控子系统的控制算法设计 |
| 5.5 实验验证 |
| 5.5.1 机体层操控实验结果 |
| 5.5.2 单腿层操控实验结果 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
（9）遥操作机器人虚拟环境建模及实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 虚拟建模技术的研究背景及意义 |
| 1.2 虚拟建模技术的国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外发展现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 论文研究内容及意义 |
| 1.4 论文组织结构 |
| 第二章 基于虚拟环境建模的遥操作系统构建 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 虚拟环境建模关键技术研究 |
| 2.2.1 几何学建模 |
| 2.2.2 运动学建模 |
| 2.2.3 动力学建模 |
| 2.3 虚拟环境建模软件设计 |
| 2.3.1 主端控制软件功能模块 |
| 2.3.2 主端控制软件界面设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 虚拟环境的几何学建模 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 几何学建模流程 |
| 3.3 机械臂几何学建模 |
| 3.4 基于点云信息的三维场景建模 |
| 3.4.1 点云采集 |
| 3.4.2 点云数据处理 |
| 3.4.3 物体信息提取 |
| 3.5 虚拟环境的几何学修正 |
| 3.5.1 实验设置 |
| 3.5.2 实验结果分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 虚拟环境的运动学建模 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 七自由度空间机械臂构成 |
| 4.3 正向运动学分析 |
| 4.4 逆向运动学分析 |
| 4.5 手控器末端映射 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 虚拟环境的动力学建模 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 环境动力学参数模型介绍 |
| 5.3 环境动力学参数在线辨识 |
| 5.3.1 从端机械臂力感知装置 |
| 5.3.2 基于滑动平均最小二乘法动力学参数在线辨识 |
| 5.3.3 实验设置和结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 遥操作实验研究 |
| 6.1 遥操作实验系统简介 |
| 6.1.1 从端ROS机器人控制平台 |
| 6.1.2 ROS交互控制模块设计 |
| 6.2 不同时延下机械臂末端位置跟踪实验 |
| 6.2.1 实验设置 |
| 6.2.2 实验结果分析 |
| 6.3 不同时延下机械臂力跟踪实验 |
| 6.3.1 实验设置和作业环境 |
| 6.3.2 实验结果分析 |
| 6.4 基于虚拟环境建模遥操作系统工作效率分析 |
| 6.4.1 实验设置 |
| 6.4.2 实验结果 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 论文工作总结 |
| 7.2 今后的工作 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 作者简介 |
（10）双手主从式力反馈遥微操作系统研制与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 遥微操作系统国内外研究现状和综述 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 微操作的末端执行器及相关技术 |
| 1.4 操作手 |
| 1.4.1 串联型操作手 |
| 1.4.2 并联型操作手 |
| 1.5 遥微操作主从双向协调控制 |
| 1.6 本文的研究目的与意义和主要内容 |
| 1.6.1 本文研究目的与意义 |
| 1.6.2 主要研究内容 |
| 第二章 双手主从式遥微操作系统总体方案 |
| 2.1 需求分析 |
| 2.2 双手主从式遥微操作系统构成及工作原理 |
| 2.3 双主手设计方案 |
| 2.3.1 双主手性能要求 |
| 2.3.2 主手结构方案选型 |
| 2.4 从手及其末端执行器设计方案 |
| 2.4.1 双从手设计方案 |
| 2.4.2 末端执行器设计 |
| 2.4.3 驱动方式选择 |
| 2.5 其他附属子系统 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 双主手力反馈手控器结构设计及其优化设计 |
| 3.1 双主手力反馈型主手设计目标要求 |
| 3.2 主左手三自由度平动Delta运动学分析 |
| 3.3 主右手六自由度机构的选择和设计 |
| 3.3.1 六自由度并联机构 |
| 3.3.1.1 位置正解 |
| 3.3.1.2 位置逆解 |
| 3.3.1.3 运动学反解验证 |
| 3.3.2 六自由度复合机构运动学分析 |
| 3.3.3 工作空间比较 |
| 3.3.3.1 并联机构工作空间 |
| 3.3.3.2 复合机构工作空间 |
| 3.3.4 力传递能力比较 |
| 3.3.4.1 并联机构力传递能力 |
| 3.3.4.2 复合机构力传递能力 |
| 3.4 六自由度复合机构的性能指标分析及优化 |
| 3.4.1 性能指标分析 |
| 3.4.1.1 平动机构灵巧度指标 |
| 3.4.1.2 平动机构灵巧度综合评价指标 |
| 3.4.1.3 转动机构灵巧度指标及综合评价指标 |
| 3.4.1.4 六自由度机构灵巧度综合评价指标 |
| 3.4.2 六自由度复合机构的优化 |
| 3.4.3 六自由度复合机构的优化计算 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 串并联结构主右手手控器标定研究 |
| 4.1 主右手机构简介与位置输出误差分析 |
| 4.1.1 主右手机构简介 |
| 4.1.2 主右手位置输出误差分析 |
| 4.1.3 平动机构的误差模型分析 |
| 4.1.4 转动部分误差模型分析 |
| 4.2 手控器标定实验 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 带力传感微夹持器的研制及试验研究 |
| 5.1 带力传感的微夹持器总体设计 |
| 5.2 三维力传感器的结构设计 |
| 5.3 位移放大机构及放大倍数 |
| 5.4 应变梁的优化设计 |
| 5.5 测量原理 |
| 5.6 微夹持器有限元分析 |
| 5.7 微力传感器标定实验 |
| 5.8 本章小结 |
| 第六章 遥微操作系统主从控制的研究 |
| 6.1 双手遥微操作系统 |
| 6.1.1 双手遥微操作系统结构 |
| 6.1.2 右手时延下的系统动力学模型 |
| 6.1.3 右手遥微操作系统稳定性分析 |
| 6.1.4 右手主从双向微操作控制总方案 |
| 6.2 微操作从右手位置控制 |
| 6.2.1 多轴位置控制指令 |
| 6.2.2 基于干扰观测器的滑模控制算法 |
| 6.3 操作主右手力反馈控制 |
| 6.3.1 主右手力反馈控制方案 |
| 6.3.2 从右手反馈力指令的产生 |
| 6.3.4 自适应整定模糊PID控制器 |
| 6.4 算法流程及实现 |
| 6.5 位移跟踪实验 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 双手力觉反馈遥微操作系统试验 |
| 7.1 遥微操作试验目的和实验项目 |
| 7.1.1 试验目的 |
| 7.1.2 试验项目 |
| 7.2 双手带力反馈遥操作系统结构及硬件 |
| 7.2.1 系统结构 |
| 7.2.2 主从遥操作机器人试验系统的硬件 |
| 7.3 系统软件结构 |
| 7.4 主右手异构型主从遥操作系统位置跟踪实验 |
| 7.5 右手异构型主从遥操作系统力觉跟踪实验 |
| 7.6 主从操作细轴对孔实验 |
| 7.6.1 试验平台组成 |
| 7.6.2 实验参数的确定及实验 |
| 7.7 本章小结 |
| 第八章 总结与展望 |
| 8.1 本文工作总结 |
| 8.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
四、TPM手控器操作臂的变形分析（论文参考文献）
- [1]搬运机器人遥操作系统设计及控制方法研究[D]. 仲飞. 江苏科技大学, 2021
- [2]基于无源理论的遥操作时延下控制方法研究[D]. 洪成. 哈尔滨工业大学, 2021
- [3]面向操作任务的机器人交互系统研究[D]. 刘大翔. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [4]一种混联手术操作手控制机构研究[D]. 李星. 燕山大学, 2019(03)
- [5]面向协同操作的多人多机遥操作控制方法研究[D]. 鹿振宇. 西北工业大学, 2019(04)
- [6]面向空间机器人遥操作的环境建模与人机交互技术研究[D]. 倪得晶. 东南大学, 2018(05)
- [7]肺穿刺机器人力反馈主从系统与控制策略研究[D]. 高亮. 北京理工大学, 2018
- [8]基于触觉力反馈的六足机器人双向操控技术研究[D]. 李佳钰. 哈尔滨理工大学, 2018(01)
- [9]遥操作机器人虚拟环境建模及实验研究[D]. 袁祖龙. 东南大学, 2018(05)
- [10]双手主从式力反馈遥微操作系统研制与实验研究[D]. 虞启凯. 南京航空航天大学, 2017(02)