基于惯性动作捕捉的主从遥操作关节空间直接控制方法-东南大学学报.pdf

第 卷第 期 东南大学学报 自然科 学版 年 月 基于惯性动作捕捉的主从遥操作关节空间直接控制方法 黄学祥 时 中 宋爱国 胡天健 北京跟踪与通信技术研究所北京 东南大学仪器科学与工程学院南京 清华大学航天航空学院北京 摘要 为了克服传统主从遥操作方法需要进行大量的正逆运动学解算且操作复杂不直观的缺 点利用惯性动作捕捉设备将人体手臂动作信息引入遥操作控制回路中提出了一种基于惯性动 作捕捉的主从遥操作关节空间直接控制方法然后提出了一种基于四元数的关节空间非奇异映 射算法用于构建虚拟手臂模型并利用该模型直接控制远端机器人的关节空间试验结果表明 该方法可以直接控制远端机器人的关节空间关节空间控制误差小于 末端位置控制精度 小于 与基于手控器的传统主从遥操作方法相当因此基于惯性动作捕捉的主从遥操作 方法不仅可以对远端机器人末端位置进行精确控制而且可以直接控制远端机器人的关节空间 提高操作者的直观性和灵活性 关键词 主从遥操作惯性动作捕捉虚拟手臂模型关节空间映射四元数 中图分类号 文献标志码 文章编号 遥操作技术利用机器人替代操作者直接完成各 操作能力和环境适应性 主从遥操作方法 充分 类操作能够有效降低任务的成本和风险显著提升 利用了操作者的智能操作者有较强的临场感和沉 收稿日期 作者简介 黄学祥 男研究员 基金项目 国家自然科学基金资助项目 引用本文 黄学祥时中宋爱国等基于惯性动作捕捉的主从遥操作关节空间直接控制方法东南大学学报 自然科学版 东南大学学报 自然科学版 第 卷 浸感能够适应多种复杂遥操作任务需求 控制精确性 主从遥操作技术的关键在于将本地操作者的 基于惯性动作捕捉的主从遥操作 智能和行为通过遥操作系统投射至远端机器人因 此主从遥操作系统的设计和研制应当适应于操作 系统 员的动作和理解传统的主从遥操作方法大多利用 利用惯性动作捕捉设备采集人体手臂动作信 手控器对远端机器人的末端位姿进行控制具有通 息作为主从遥操作系统的信号输入从而将人体 用性好控制精度高等特点同时可以利用力反馈 丰富的动作信息引入遥操作控制回路中基于惯性