【摘 要】
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虚拟现实技术在医疗、遥操作、军事、娱乐等领域的应用不断扩展,它主要包括视觉、力觉和听觉三个方面的内容,其中力觉感受对于某些特殊环境及特定操作具有重要意义.主手作为
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虚拟现实技术在医疗、遥操作、军事、娱乐等领域的应用不断扩展,它主要包括视觉、力觉和听觉三个方面的内容,其中力觉感受对于某些特殊环境及特定操作具有重要意义.主手作为虚拟现实系统的重要组成部分,用于提供力感觉、接受力反馈,实现虚拟现实系统中的力觉临场感.该课题来源于国家"863"项目"基于INTERNET的多机器人遥操作系统的研究",主要进行主手的理论和实验研究.主手运动学分析包括实现平动的Delta机构和实现转动的3-RRR球面机构的正逆运动学分析.该文应用空间几何和矢量代数法得到了解析形式的Delta机构的运动学正逆解和3-RRR机构的运动学逆解,并采用了一种非降维的面向控制的变结构迭代算法用于3-RRR球面机构正解的求解,该解法具有全局收敛性,并且计算快速性满足控制要求.控制系统是基于分层控制概念构建的,设计有四个控制层次:电流闭环、速度闭环、位置闭环和力闭环,实现了电机的平稳运行、快速响应和系统的力、位置闭环控制,保证了系统的高可靠性,降低了故障排查的难度.同时为提高反应力的保真度,引入模糊控制理论,设计了具有自学习功能的模糊控制器.建立了人机交互的虚拟环境,并从人与自然物体的接触机理出发,研究了虚拟环境中物体接触检测理论和虚拟力的生成,然后建立了完整的基于主操作手的力觉临场感实验系统,设计了一个2D边缘跟踪实验和一个虚拟三维绘制实验.实验结果表明了系统模型的正确性和控制算法的有效性,获得了比较理想的临场感效果.
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