论文摘要：甲板机械臂通用力觉操作器控制方法研究

甲板机械臂在海事行业有着广泛的应用，传统的摇杆操作，因效率低、通用性差、安全性低等缺点，越来越无法适应海事作业的发展。为了解决上述问题，我们设计了一款新型通用力觉操作器，针对海事作业的特殊环境具有灵活通用、高效安全的显著特点。本文研究了该力觉操作器的控制方法，并研制了控制系统的硬件和软件。

本文首先分析和对比了现有的力觉交互设备的控制方法，并结合操作器的结构，设计了一套基于末端的控制方法；然后，根据控制系统的总体设计要求，基于PMAC控制卡，设计了操作器的电气系统和软件系统，实现了传感器数据获取和滤波、按键信号扫描和指示灯控制、系统安全监测、操作器运动学正解、力学正逆解、通过力矩电机电流伺服获得力矩等，从而实现了操作器的末端位置计算和末端反馈力模拟；此外，本文开发了多个基于OpenGL的虚拟仿真环境，设计了异构主从机械臂的运动映射方法、从臂惯性运动模拟算法以及反馈力的拟合法则，并通过实验进行了验证；最后，通过实验分析了影响力觉交互设备稳定性的各种因素，并给出了提高稳定性的方法。

经过主从操作实验测试，该控制系统满足设计要求和指标，验证了论文提出的控制方法的可行性，也实现了操作器的通用性，即使用该操作器可以控制多种不同构型的甲板机械臂，使主从操作变得简单化；同时，该操作器还可以通过力觉反馈使操作器人员获取从机械臂的惯性、约束等信息，使主从操作变得智能化。

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