在太空、深海、核试验场等危险、恶劣以及人类难以到达的环境中,遥操作机器人可以作为人类肢体的延伸,拓展人类的感知和操作能力。力觉作为机器人遥操作系统中一种重要的人机交互通道,可以极大地提高操作者的临场感。将虚拟现实技术引入机器人遥操作系统,采取虚拟力再现的方式实时地向操作者提供反馈力信息,可以有效地避免网络时延的影响,提高控制精度和工作效率。本文深入研究了机器人遥操作系统中虚拟力的建模与再现技术,搭建了机器人遥操作虚拟力再现系统,根据建立的虚拟力模型实现了虚拟力的再现。具体研究工作如下:首先,分析了机器人遥操作系统中虚拟力再现的工作原理,对主要模块的相关技术进行研究,确定了各个模块的实现方法,完成了具有虚拟力再现功能的机器人遥操作系统的结构设计。其次,针对虚拟力的建模环节,建立了一种计算量小、拓扑性好的基于物体表面分割的弹簧—质点模型,该模型中各个质点的变形与弹性力的矢量和对外等效于物体整体的变形与接触力。在研究粘弹性力学的基础上,通过添加阻尼元件,建立了能反映物体一定粘弹特性的弹簧—质点—阻尼器模型。最后,以力反馈操纵杆为力觉交互设备,利用OpenGL和DirectX应用程序编程接口,在Visual C++环境下搭建了机器人遥操作虚拟力再现系统。操作者通过力反馈操纵杆控制虚拟机器人运动,并能实时地接收到机器人模型与虚拟环境交互的视觉与力觉反馈,采用两种模型进行了虚拟力再现实验。实验结果表明,模型形变效果良好,反馈力计算准确,力觉感受连续、平稳,满足系统对实时性的要求。