力觉触觉再现技术及其应用研究

力觉确虫觉再现技术是近年来发展起来的一项新兴技术，在遥操作机器人、虚拟现实、医疗仿真、原形设计、纳米操作等很多领域中获得了相当广泛的应用。力觉／触觉再现接口是一种力反射设备，它可以使用户触摸、感觉、操作、创建和变换虚拟环境中仿真的虚拟3维物体。根据能量来源的方式，力觉确虫觉再现接日分为有源和无源两类。本论文针对有源力觉／触觉再现接口的动力学进行了分析，并以虚拟手术和机器人遥操作为背景，做了一些力觉／触觉再现技术的应用性研究工作。具体说来，本文主要进行了如下四项有创造和有价值的工作：（1)分析了有源力觉／触觉再现接口设计时所要考虑的几个基本问题，推导了力觉确虫觉再现接口的动力学模型。(2)以PHANTOM和GHOST SDK为开发平台，构造了一个虚拟仿真系统，研究实现力觉确虫觉再现接口涉及的几个基本问题。(3)以力觉／触觉再现接口PHANTOM为主端，全方位移动机器人M.BOT为从端建立了遥操作实验系统。提出了两种系统结构：位置给定系统和速度给定系统，并根据速度给定系统给出了具体设计。（4）遥操作实验研究。对于速度给定系统，给出了虚拟平面、虚拟障碍和虚拟墙实验。对位置给定系统与速度给定系统进行了对比分析。实验主要体现力觉／触觉再现技术对遥操作精确定位与避免碰撞的作用。