基于虛擬夾具的機(jī)械臂人機(jī)交互控制關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、虛擬夾具建模算法對(duì)于機(jī)械臂防撞性能的研究具有重要意義。在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下，可通過(guò)虛擬夾具限制機(jī)械臂末端的運(yùn)動(dòng)空間來(lái)防止機(jī)械臂與周圍環(huán)境發(fā)生碰撞。
　　本文在總結(jié)和歸納虛擬夾具在機(jī)器人領(lǐng)域的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀后，給出了基于人工勢(shì)場(chǎng)法的虛擬夾具建模方法及機(jī)械臂控制仿真方案。利用3dsMax建立機(jī)械臂各連桿的三維模型，在MFC框架下采用OpenGL編程將機(jī)械臂模型導(dǎo)入仿真平臺(tái)，并采用截面圓三角片元法構(gòu)建虛擬夾具幾何模型，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂模型和虛擬夾具

2、的可視化。在機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上，建立了基于D-H參數(shù)法的6自由度機(jī)械臂數(shù)學(xué)模型，并對(duì)6自由度機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解方程與動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行了詳細(xì)推導(dǎo)。在虛擬夾具管道內(nèi)部建立人工勢(shì)場(chǎng)，根據(jù)機(jī)械臂末端與虛擬夾具的相對(duì)位置關(guān)系，實(shí)時(shí)計(jì)算末端所受虛擬力，并以視覺(jué)反饋的形式將虛擬力方向予以顯示。在虛擬夾具幾何約束機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)空間的基礎(chǔ)上，計(jì)算出虛擬力對(duì)各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸的力矩，通過(guò)與各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，實(shí)現(xiàn)了采用虛擬夾具對(duì)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)空間進(jìn)行限制的

3、方法?；谏鲜龈鞴δ苣K在VS2008平臺(tái)上利用MFC結(jié)合OpenGL的技術(shù)，開(kāi)發(fā)了一個(gè)機(jī)械臂實(shí)時(shí)控制仿真演示系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)友好的人機(jī)交互界面，控制機(jī)械臂在虛擬環(huán)境下的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)，對(duì)機(jī)械臂的實(shí)時(shí)位姿狀態(tài)予以可視化，并驗(yàn)證了文中所設(shè)計(jì)算法的有效性。
　　本文所采用的基于虛擬夾具限制機(jī)械臂末端運(yùn)動(dòng)空間的方法，不僅可在虛擬環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的限制，也可在真實(shí)環(huán)境下根據(jù)從端機(jī)械臂與實(shí)際接觸力實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的限制，具有較為廣泛的應(yīng)用前