張連寶

摘 要 觸覺模擬機械手主要是指在創(chuàng)造一種身臨其境的交互式計算機生成的操作環(huán)境，用觸覺裝置，提供在虛擬環(huán)境下互動的基礎力量。在許多實際應用中，這些模擬必須處理多個用戶之間的互動，多能的機械手以及復雜的虛擬工具。特別是考慮模擬兩手機器人的手術，比如在外科機器人操縱的每個獨立指揮各自的機械手這樣的工具。

關鍵詞 觸覺模擬；動態(tài)代理

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0184-01

傳統(tǒng)上只有準靜態(tài)的，點狀的信號來表示虛擬環(huán)境之中的部分。在以前的文章中，我們曾經提出了動態(tài)代理來代替這個概念。速度可以使得它產生動態(tài)，但生產優(yōu)質無質量動態(tài)相互作用力的能力。有了這個基礎，我們推廣了代理概念的基礎，在實際情況下，虛擬機械手通過給定一些動力，就是指其本身的運動的屬性。比如真正的機器人，在虛擬操控技巧跟蹤用戶和掌握運動而產生的力反饋。虛擬武器和其他物體之間的相互作用實際應用于尖端幾何速度的情況下，在一個線性約束最小二次算式的最簡解決途徑。該方法是為了表示在一個實際兩手觸覺控制臺所運行的6自由度的圓柱鏈接虛擬機械手對實時

仿真。

1 簡介

對觸覺的解釋是指在人為創(chuàng)造的觸覺設備的用戶具有觸覺，將力反饋給操縱桿或是主機器手。與圖形顯示的同時，使虛擬模擬在現實中有身臨其境的觸覺反饋。這也是利用遙控技術，通過交互與遠距離機械手依靠感覺的相互作用力來進行操作。這兩個應用程序可以合并在一個接口實現增強效果，在自動化系統(tǒng)中，用戶命令過濾，檢查，并糾正可能在傳輸到遠程站點過程中的錯誤。

觸覺力反饋的有效應用需要在電腦通過精確的計算，從而模擬環(huán)境下產生出虛擬操作環(huán)境。在這方面，長期以來理解為一個物理主機內的模擬代理是代表的需要。該代理主要是由直接找出虛擬位置，同時記錄它的接觸位置。這個過程可以防止將對象和界限直接的通過或者是跳躍過去，即使主體用戶在時間采樣時只能得到離散的數據。代理之間的聯系和適當的偏差表明恢復力量是使用者生成提供的。

在傳統(tǒng)上，代理是一種小型，點狀的目標，沒有動力，在行進中快速轉換到主體的位置，如果失去聯絡，便沒有自己的控制動力。此外，力的反饋，一般準靜態(tài)機器處理反應，完全是基于對每個時間步代理的主偏轉順序。這種方法已經固定化，甚至是兼容的虛擬物體的觸覺顯示有效的一個主設備，使用戶能夠體會和探索虛擬世界。

引進的動態(tài)代理成為可能超過代理運動而達到反應更大程度的控制。他們的代理基礎，除了自己的速度和加速度狀態(tài)到位置允許直觀的落實，靜態(tài)代理無法模擬復雜的相互作用。例如，在代理和靜止物體之間，或兩個獨立控制的代理剛體碰撞，可以很容易地使用模擬速度約束的基礎上簡單的經典動力學方法來釋義，比如動量守恒。

本文中，對觸覺代理的概念進一步擴大并且賦予代理動態(tài)和運動自身的性質。代理可以是多體運動鏈的形式，提供了一個有效的仿真機械手。特別是，我們認為，虛擬機械手的遙控操作機器人的代理在微創(chuàng)手術的范圍內使用。無論是虛擬環(huán)境還是現實中使用其作為基礎的外科訓練，如果系統(tǒng)需要增加一個接口來增添一個機械手，觸覺模擬必須是能夠左右有運動副的機械手，機器人這個有運動副的機械手會有所限制條件，機器部件之間的互動，如碰撞，抓等運動。本文介紹了實現中能達到這些目標的方法，使用機械手的速度虛擬代理為基礎的一階動態(tài)。

2 背景

最初，觸覺環(huán)境包括固定化形式，固定化是代表用戶的位置幾何約束的虛擬物體。對力進行了計算觀察到虛擬對象的用戶的滲透，以及提供硬彈簧的力量。記錄用戶所在的侵入虛擬表面上看“神對象的位置”的介紹，作為主體在最終理想的情況下，證實是由一個停止點的代表性效應無限硬表面。當虛擬對象是遇到限制停留在表面上，使用戶推到對應的觸覺裝置。

用戶的主設備和點的代表性限制了虛擬的表面可模擬各種有效。例如，使用表面由許多較小的多邊形表面生成的，對象通過無限小的點可以下降相鄰多邊形之間的差距，通過數值舍入創(chuàng)建?；谶@個原因，對象一般是一個小球所取代，被稱為代理。

利用這種想法開辟了使用其他形狀代替球形的可能。這使得更多的不同觸覺交互顯示。例如，在外科手術機器人，機械手使用這一方法創(chuàng)傷是細和長，因為他們并不需要在病人的身體大切口。為了模擬這種機械手的操作，必須考慮到在操作中的碰撞力，也要考慮機器人之間的身體和周圍組織的碰撞。為了解決這個問題，何巴什多安和斯蒂南威桑利用光線為基礎的代理來代表手術機械手。但到這一步，完整的虛擬操控也被觸覺代理使用。盧克和愛德華茲和盧克觸覺模擬一個“H”型拖拉機換檔采用雙自由度作為代理虛擬手完成工業(yè)機器人一個觸覺設備。在這些應用中，涉及模擬單一代理和靜態(tài)環(huán)境之間的相互作用。對象沒有移動，并于代理，類似于早期模擬虛擬限制?？勺冃挝矬w進行了研究。

模擬涉及多個機構之間的相互作用的動態(tài)響應。通常情況下，采用二階模型，運用牛頓定律和剛性碰撞事件動量守恒，通過允許的在動力減小損失，微彈性碰撞也可以模擬。這種方法擴展到多體動力學仿真允許使用多連桿觸覺模擬機器人。二階另一個方法是使用代理服務器之間和不同的對象春天般的潛在領域，從牛頓定律獲得。通過使用可變剛度的潛在領域，不同的代理可以有效地進行模擬。

在所有上述情況中，二階動態(tài)使用要求，任意質量或質量矩陣被分配給代理。在尼邁耶和米特拉提出基于代理的動態(tài)互動，為實現同時保持代理不是使用牛頓定律和動量守恒，而是運用幾何約束轉換成等效速度的限制使用伺服更新率來模擬剛體碰撞和持續(xù)的接觸。這一辦法還延長至多個條件下，如在一個觸覺環(huán)境。但是，代理被表現為簡單的幾何形狀單一固定化的機構，而不是動態(tài)的，這里考慮多體運動鏈。也有從一個機器人系統(tǒng)的角度增強一些觸覺的發(fā)展。觸覺反饋應用到運動規(guī)劃具有非常大的通信時延遙操作機器人的環(huán)境系統(tǒng)，利用一個虛擬世界的靜態(tài)代理。實時遙操作，哈提卜和考斯特，馬尼埃使用觸覺反饋的機器人外科手術，從機器人機械手的空間工作安全為主要目的的。

參考文獻

[1]楊立穎.基于力反饋的機器人遙操作系統(tǒng)研究[D].華南理工大學，2011.endprint