机器人的遥操作是指操作者远离机器人现场作业环境,远程控制机器人完成现场的作业任务,遥操作机器人可以广泛用于用在家庭服务,助老助残,灾难救援,排爆侦查、地质勘探以及太空探索等领域。由于作业环境和作业任务的复杂性,同时全自主机器人的发展还受到机构、控制、人工智能和传感器等方面技术的限制,采用“人在环中”控制策略的遥操作机器人,将人的智能决策能力和机器人的作业能力相结合,不受距离与环境限制,解决人不能进入现场和机器人自主能力不足的现实问题。本文在对遥操作机器人技术领域的发展状态进行调研和分析的基础上,研究并实现了一种遥操作仿人机械臂系统。该系统主要由主端可以实现人体动作姿态采集的运动捕捉系统和从端能执行作业动作的仿人型机械臂构成,可以控制仿生机械臂实现人体动作跟随运动。论文的主要研究内容如下:[1]从端机械臂的仿生设计与建模在对人臂的运动机理和运动范围进行分析的基础上,设计了一种六自由度的仿人机械臂机构。通过约束仿人机械臂各关节的运动范围,使其运动范围与人臂基本相同。针对该机械臂系统,采用D-H法建立机械臂的运动学模型,确立仿人机械臂系统的运动学参数,对机械臂的正运动学和逆运动学分别进行分析。[2]主从端人体运动映射方法研究对穿戴于人体各位置的动作姿态数据采集单元进行数据采集,经过初步解算得到的姿态作融合处理,分别得到人体躯干、大小臂及手部姿态四元数,利用两两相邻姿态四元数进行姿态数据映射处理,分别解算得到与人体各关节位置相对应的从端仿人机械臂的肩、肘及腕关节各自由度的角度。实验验证了该方法可以对人体动作姿态进行处理和映射。[3]控制系统设计及实验研究对遥操作仿人机械臂系统的主端运动捕捉系统和从端仿人机器人主控系统进行设计,以实现人体动作数据的采集和机器人的运动控制。通过设计遥操作机械臂拿取物品实验,对人臂-机械臂姿态映射方法和主从随动控制进行了实验研究。研究结果表明本文所研制的遥操作机械臂系统能够实现仿人机械臂的同构式跟随运动。