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· 机械制造 · 郭旭，等 ·一种线绳式力反馈装置的设计与实现 一 种线绳式力反馈装置的设计与实现 郭旭．罗欣 (华中科技大学 数字制造装备与技术国家重点实验室。湖北 武汉 430074) 摘 要：针对增强现实和遥操作技术的需要，设计 了一套线绳一框架式力反馈装置 该装置通 过 8根线绳并联驱动，实现人手与增强现实环境的6自由度力觉交互。详细阐述其结构设计、 位姿计算、反馈力分配、驱动单元与传感器单元的布置和控制系统设计等关键 问题 通过虚拟 墙碰撞实验的结果，表明该力反馈装置能实现真实的力觉临场感 关键词：增强现实；力反馈装置：线绳一框架结构：设计与实现 中图分类号：TH12 文献标志码：A 文章编号：1671-5276(2012)05-0006-05 DesignandImplementationofString——basedForceFeedbackDevice GUO Xu，LUO Xin (StateKeyLaboratoryofDigitalManufacturingEquipmentandTechnology， HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，China) Abstract：Aforcefeedbackdeviceisdesignedbasedonstring—framestructurefortheaugmentedrealityandremote—robotics．The deviceallowshumanhandstointeractwiththeaugmentedrealiytenvironmentwith6DOFSdrivenby8parallelstrings．Thedevice designiselucidated in detailin thispaper，includingitsstructuredesign，kinematicmodeling，forcedistribution，configurationsof sensorsandcontrolsystem．Throughconductingthevirtualcollisionexperimentandsimulating thecollisionofamanipulatorwith a hardwall，theresultverifiestheeffectivenessofthetomefeedbackdeviceandapplicabiliyt inaugmentedrealityenvironment． Keywords：augmentedreality；forcefeedbackdevice；string—framestructure ；developmentandimplementation 馈．理论上最少需要 +1根线绳l4]，这势必会带来冗余的 0 引言 自由度。WilliamsII和 Gallina等人分析了线绳牵引机构 在平面移动过程中的运动学、静力学 、动力学和控制问题， 力觉反馈是构建增强现实和遥操作环境的一项不可 为具有平动 自由度的线绳式装置奠定 了理论基础E54]。 或缺的感官信息交互方式。通过力反馈，遥距操作者能获 SeahakKim等人开发了具有空间多 自由度的SPIDAR系 得更真实的临场感觉，从而有效地提高操作的可靠性和准 列线绳式力反馈装置 。在此基础上，Fesharakifard等 确性…。近年来 ，力反馈技术在遥距操作与控制 、医疗手 人引入了力的闭环控制 ，解决了绳松和接触不稳定 的问 术、康复训练 、教育、信息可视化以及娱乐等诸多方面展现 题 ．但受限于电动机的功率，还不足以提供很大的显示 了广阔的应用前景 。并成为学术界广泛关注的热点问题 刚度 _1