一、名詞介紹

    1.力觸覺技術(shù)
         定義: 所謂的力觸覺技術(shù)開始是應(yīng)用于軍事上的一種虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它利用機(jī)械表現(xiàn)出的一種反作用力，將虛擬環(huán)境中的力的數(shù)據(jù)通過力反饋設(shè)備表現(xiàn)出來，可以讓用戶有一種身臨其境的感覺。
    2.遙操作技術(shù)
         指在相關(guān)機(jī)器人控制中把人類操作包含在控制回路中，任何的上層規(guī)劃和認(rèn)知決定都是由人類用戶下達(dá)，而機(jī)器人本體只是負(fù)責(zé)相應(yīng)的實(shí)體應(yīng)用。當(dāng)機(jī)器人處理復(fù)雜的感知和大量任務(wù)時(shí)，在快速做出決策和處理極端情況時(shí)，遙距操作遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于智能編程。   

    3.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

        虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)囊括計(jì)算機(jī)、電子信息、仿真技術(shù)，其基本實(shí)現(xiàn)方式是計(jì)算機(jī)模擬虛擬環(huán)境從而給人以環(huán)境沉浸感。隨著社會生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對VR技術(shù)的需求日益旺盛。VR技術(shù)也取得了巨大進(jìn)步，并逐步成為一個(gè)新的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

二、意義

        在特定環(huán)境下,遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)加入力覺反饋能夠使操作者感受到真實(shí)的操縱感覺,實(shí)現(xiàn)力覺臨場感.實(shí)時(shí)把握被控對象運(yùn)動狀態(tài),及時(shí)對控制指令做出相應(yīng)的調(diào)整.保證被控對象在遠(yuǎn)程操控下準(zhǔn)確可靠運(yùn)行,很大程度上能夠降低人員操作失誤率,增加操作者操控的安全性,因此對基于力反饋的航空航天遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)的研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
         通過仿真分析驗(yàn)證控制方法的有效性,保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)力反饋的準(zhǔn)確性為操作者提供可靠的感知信息,同時(shí)對數(shù)據(jù)通信、位置跟蹤等模塊進(jìn)行功能測試,驗(yàn)證各模塊程序設(shè)計(jì)的合理性.保證數(shù)據(jù)通信、位置跟蹤、數(shù)據(jù)顯示的準(zhǔn)確性,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)軟便件的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一,最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)準(zhǔn)確的力覺反饋,增強(qiáng)對遠(yuǎn)程機(jī)械臂控制的有效性滿足基于力反饋的遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)的既定要求。
         基于在VR頭盔中雙目遠(yuǎn)程立體成像的真實(shí)空間反饋體驗(yàn)，通過三維可視化技術(shù)構(gòu)建虛擬的機(jī)械臂與實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，以及力反饋設(shè)備的力矩操作體驗(yàn)，使遠(yuǎn)程操控機(jī)械警如同使用自己的手臂去完成任務(wù)一樣清晰具象，操作過程更加精確可靠。通過三維全景仿真驗(yàn)證系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)者可以在立體環(huán)境中使用力反饋設(shè)備驅(qū)動機(jī)器人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并可以完成模擬實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、混合仿真實(shí)驗(yàn)多和實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，為后續(xù)實(shí)操提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1.遠(yuǎn)程操控:在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中實(shí)時(shí)控制一個(gè)遠(yuǎn)端指令生成設(shè)備(機(jī)械手臂+手爪)對實(shí)物進(jìn)行操作，同時(shí)感受遠(yuǎn)端指令生成設(shè)備和環(huán)境的接觸力。

2.基于虛擬現(xiàn)實(shí)的培訓(xùn): 在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中實(shí)時(shí)仿真和控制虛擬的遠(yuǎn)端指令生成設(shè)備對虛擬物體進(jìn)行操作。
3.基于混合現(xiàn)實(shí)的培訓(xùn): 在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中實(shí)時(shí)控制一個(gè)遠(yuǎn)端指令生成設(shè)備對虛擬物體進(jìn)行操作，同時(shí)感受遠(yuǎn)端指令生成設(shè)備和虛擬物體的接觸。

三、項(xiàng)目分析

        根據(jù)用戶需求調(diào)研，結(jié)合項(xiàng)目背景分析，用戶主要實(shí)現(xiàn)實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、混合仿真實(shí)驗(yàn)三種應(yīng)用模式。
        其中，在多人協(xié)同任務(wù)時(shí)如創(chuàng)建的實(shí)驗(yàn)任務(wù)為遠(yuǎn)程實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，則所有接入用戶必須都為遠(yuǎn)程實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn);而空間虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、混合仿真實(shí)驗(yàn)兩種模式可在多人協(xié)同任務(wù)時(shí)混合應(yīng)用。

   

實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)

        基于在VR頭盔中雙目遠(yuǎn)程立體成像的真實(shí)空間反饋體驗(yàn)，以及力反饋設(shè)備的力矩操作體驗(yàn)，使遠(yuǎn)程操控機(jī)械臂如同使用自己的手臂去完成任務(wù)一樣清晰具象，操作過程更加精確可靠。

  虛擬仿真實(shí)驗(yàn)
        虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，通過三維可視化技術(shù)構(gòu)建虛擬的機(jī)械臂與實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)并可將它們部署于依托真實(shí)的環(huán)境數(shù)據(jù)支撐的虛擬真是環(huán)境中，通過真實(shí)仿真數(shù)據(jù)驅(qū)動其運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)更加符合真實(shí)作業(yè)環(huán)境的仿真實(shí)驗(yàn)。
        虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，可支持現(xiàn)實(shí)中存在與不存在的各種機(jī)械手臂和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，在驗(yàn)證機(jī)械臂對目標(biāo)運(yùn)動干涉時(shí)，不受地面實(shí)驗(yàn)設(shè)備限制，可進(jìn)行最接近真實(shí)的設(shè)備姿態(tài)變化。
        將真實(shí)的設(shè)備 (機(jī)械臂)與虛擬的目標(biāo)設(shè)備融匯在一個(gè)空間中，并進(jìn)行接觸物理仿真計(jì)算，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合的仿真實(shí)驗(yàn)。
        應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)真實(shí)機(jī)械臂與虛擬目標(biāo)物體無縫結(jié)合，使實(shí)驗(yàn)室具備極大的實(shí)驗(yàn)任務(wù)兼容性，并降低了實(shí)驗(yàn)成本、減少實(shí)驗(yàn)時(shí)間。