随着机器人技术的发展,机器人已成为高科技应用领域的重要组成部分。本文课题来源项目“航天可穿戴计算中人机交互关键技术研究”旨在研究空间机器人的可穿戴式人机交互方式,机械臂是各种机器人的重要组成部分,对机械臂的控制好坏直接影响着机器人的可用性及其工作效率。为此,在课题来源项目中以机械臂为对象,对人机交互技术进行了研究。本文主要设计并实现了基于位姿识别的机械臂人机交互控制系统。在某些领域,由于操作人员及机器人所处工作环境的特殊性,要求控制系统便于操作人员操作且对环境的依赖性较小。因远距离传输时延的存在,应尽量减少对机械臂的控制次数。本文所述系统采用可穿戴姿态传感器获取解算控制信息,受环境影响较小,具备的可穿戴性解放了操作人员双手。本系统设计并实现的粗调加微调的控制方式,先用粗调控制使机械臂在较少控制次数内到达目的位置附近,再对其进行微调,有效降低了对机械臂的控制次数。论文的主要内容及作者的工作如下:1.设计并实现了位姿识别系统。该系统将姿态传感器所获取的速度信息进行处理得到更稳定的数据,并将数据融合进而解算出姿态角;根据所解算的肩部、肘部、腕部三关节姿态角数据计算出腕部的空间位置坐标,将腕部的空间位置坐标作为机械臂粗调控制信息;根据腕部姿态角变化设定了8个小幅度基本动作,将其作为微调控制信息。2.将操作人员的腕部映射到机械臂末端,并将腕部坐标作为机械臂末端到达的目的坐标;对传统运动学方程逆解的求解方法做出改进,求解出机械臂各关节需旋转的角度;对机械臂各关节进行轨迹规划。3.基于MFC框架设计并实现了演示界面。演示界面完成了以下功能:利用Open GL图形库绘制了虚拟机械臂显示于视图窗口;嵌入运动学仿真模块驱动虚拟机械臂完成图形仿真;根据虚拟机械臂各关节的旋转角度生成机械臂控制指令;将虚拟机械臂的关节角度、末端位姿以及控制指令以数据的形式在显示窗口显示;提供了语音接口,完成与下位机中语音控制部分的通信。4.搭建实验平台,通过实验验证了本文所述系统的自然性、可行性、可靠性。本课题设计的基于位姿识别的机械臂人机交互控制系统经过一系列的实验测试,验证已基本满足项目设计要求。且实验统计结果表明,本系统有效降低了对机械臂的控制次数,提高了控制效率。