OpenGL面向机器人遥操作的虚拟反馈力建模与表达(3)
图1.1 临场感技术流程图
如流程图1.1所示，实际的遥操作控制作业正是按照这种流程运行的。在实际情况中，从机器人和周边物体或环境进行交互，大致可以分为接触式交互和非接触式交互。第一种包括如喷漆、绕过障碍物等形式的作业；第二种则类似于，如抓取工件，零部件装配等作业形式[2]。在接触式和非接触式交互中，通过两者的对比分析，可以发现，非接触式交互通过视觉信息的反馈来向操作者提供70%的图像信息，帮助操作者了解作业效果；而接触式交互则通过接触力的大小反馈来向操作者提供70%的信息。从接触式和非接触式交互的信息反馈情况中，可以发现，临场感遥控作业系统主要有视觉临场感和力觉临场感两种。当然一个完整的临场感系统，不仅仅应该包括力觉和视觉的反馈信号，还应该包括声觉、触觉、运动觉等的临场感反馈，以期来提供多方位多形式的临场感反馈。
1.2 国内外研究动态
1.2.1 国外研究水平
1.2.2 国内研究水平
1.3 本文研究内容和目的
临场感技术使操作者在远地也能够感受到从机器人与周边物体、或环境的交互作用。通过在计算机上建立远端机器人及机器人所处环境的虚拟几何模型，来使操作者更加直观地感受到操作现场的情况。在本文中，设计了由底座、上肢、下肢构成的两臂机构的机械臂，构建了机械臂各个部分的三文模型，并进行了组装。利用拟合函数，通过给定的高程点，建立平滑函数方程，并通过添加纹理，完成了草地地形的模拟。为了使机械臂能够360°旋转，抓取到指定位置的圆柱体，根据机械臂的结构特点和运动学约束，对机械臂进行了运动学分析，建立了该机械臂的正运动和逆运动模型，实现了机器人自动旋转到被抓取物体上方。通过对机械臂微小位移的设定，获得夹持力的大小。本此设计针对当前机械臂操作的要求，设计实现具有良好人机交互特性的虚拟环境。
结合机械臂抓取系统的要求，包括运动路径规划和连续运动，并根据所做工作，本文将着重讨论以下几个方面内容：
1、总体系统分析
作为系统软件设计的第一步，建立清晰的设计流程，给出设计流程图，包括控制和显示两个模块的流程图。在控制模块内，顺序写出设计步骤，从构建模型的建立到组装，以及机械臂所处环境的建立。而在显示模块，对场景的显示添加光照，选择合适的观察视点，设置投影角度。软件的开发平台均为Windows 7，编程工具为Visual C++6. 0，采用了面向对象的编程方法。
2、机械手臂和环境的几何学建模
使用SolidWorks模型制作软件，可以很方便地制作出令人满意的构建三文模型。再通过Deep Exploration软件进行格式转化，方便导入C++进行组装和操作。这种方法，将模型的制作和操作分离开，既可以使用优秀的模型制作软件，免去使用常规的C++程序建立模型的麻烦，又可以通过C++程序很方便地进行模型的操作，较好地进行动画演示。
3、机械手臂的运动学分析
多自由度机器手臂的控制问题首先必须解决的就是运动学控制。在本操作机器手臂系统中，涉及的操作包括对底座、上肢和下肢的旋转在内的正向运动学分析；以及移动机械手臂至指定点，需要计算各构件相应旋转角度的逆向运动学分析。为了便于分析和计算，该机器手臂的控制和虚拟场景中虚拟从机器手臂的控制都采用基于关节角度的底层控制，将机械臂组成构件简化为连杆的相互连接，以简化计算和方便说明。
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