基于力觉修正的遥操作技术研究

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遥操作机器人已成为人类智慧的延伸,代替人类完成危险环境下的作业,目前在航天等领域中应用广泛。力反馈技术是遥操作系统实现的关键技术之一,它可以提高遥操作的效率、安全性和可靠性。本文主要研究和实现了遥操作系统中的力反馈技术,对虚拟场景中的力觉生成和模型误差修正进行了主要分析和研究。实现了虚拟现实中的力觉反馈。建立了从端环境几何模型和基于弹簧、质子及阻尼的动力学模型,提出了一种以虚拟手指尖的位移来获取场景中手指碰撞信息的方法来代替基于面片的碰撞检测方法,同时考虑虚拟力反馈频率与场景图形刷新频率的差异提出将虚拟力的生成和虚拟场景的更新在两个不同的模块中进行,保证虚拟力能以较高的频率反馈,并采用离散能量法对虚拟力进行渲染处理使操作者得到的反馈力更加稳定、平滑。实现了虚拟模型的误差修正。虽然实现虚拟现实中的力觉反馈能够很好的解决时延环境下遥操作数据传递的延迟问题,但是虚拟模型的误差仍然会使反馈给操作者的信息不准确。本文分析了虚拟建模误差,论述了虚拟力生成不准确的影响因素,提出以数据修正的方法进行几何模型误差修正,以基于QR分解的滑动最小二乘法进行在线参数辨识的方法来实现对动力学模型的误差修正,提高了虚拟力计算的准确性。最后,本文通过实验给出了Matlab仿真结果,验证了虚拟力生成算法、参数辨识算法和力觉渲染算法的有效性,建立了基于力反馈的在线验证平台,对文中提出的力反馈实现方法进行了在线验证,获得了快速、准确、稳定的力反馈。
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