论文摘要
20世纪90年代出现并发展迅速的虚拟现实（Virtual Reality,VR）技术,一直是国内外科技界关注的热点,它的出现改变了人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状,大大推进了计算机技术的发展。不仅如此,虚拟现实技术的应用领域也非常广泛,尤其在工程领域,通过采用虚拟设计与虚拟样机技术可以缩短产品开发周期,降低产品开发成本,进而提高产品的市场竞争力。而今,新的交互设备尤其是接触觉接口设备的出现更给虚拟现实技术的发展提供了新的条件。论文以6-DOF双并联力觉接口设备作为控制系统的控制对象,分析其结构特点,针对控制系统实现功能需求,采用阻抗控制策略,确立了隐式力控制方法,设计了完整的力觉接口设备控制系统组成结构。运用嵌入式处理器的高性能、接口丰富、方便移植和扩展等优势,以飞利浦公司的高性能32位嵌入式ARM处理器LPC2294作为力觉接设备控制系统硬件设计核心。将嵌入式技术作为力觉接口设备的开发平台,采用模块化设计思想,完成了存储系统模块、AD采集模块、运动控制模块、网络通信等功能模块的设计。分析了双并联力觉接口设备的逆运动学,在硬件系统平台上移植了实时操作系统μC/OS-Ⅱ,利用其实时性强、可靠性高、资源丰富等优势,完成了系统任务的划分和中断函数的设计,包括系统初始化任务、安全保护任务、AD采样任务、运动控制任务、网络通信任务,以及定时器中断和限位中断,并建立了面向力觉接口设备应用的多优先级多任务协调调度机制,实现了多任务之间通信,解决了随着系统不断开发,程序开发与维护愈来愈难这一弊病。将操作者作为一个时变环节考虑,设计了一种具有前馈的自适应比例积分力控制器,在线辨识设备与人手的接触刚度,并完整证明了力控制算法作用下系统的稳定性。最后,建立实验系统,通过不同条件下的正弦力跟踪实验验证了对于抓握力度不同引起的接触刚度变化情况力算法的有效性,与传统的积分控制相比,具有更好的力保真度。