鐘元權(quán)，張?jiān)Ｉ?/p>

（安徽文達(dá)信息工程學(xué)院，安徽 合肥 231201）

VR 技術(shù)是電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相互發(fā)展與結(jié)合的一門(mén)新型技術(shù)，該技術(shù)能夠構(gòu)建一種逼真的虛擬環(huán)境，并利用各種類(lèi)型的傳感設(shè)備，使用戶(hù)能夠通過(guò)視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等自身感官，并通過(guò)特定的動(dòng)作技能來(lái)感知與操作虛擬環(huán)境中的物體，從而使其能夠真正參與到虛擬環(huán)境當(dāng)中去，進(jìn)而給用戶(hù)帶來(lái)一種身臨其境的感覺(jué)。VR 技術(shù)的出現(xiàn)，使人機(jī)交互方式得到了徹底的改變，其屬于一種更加高級(jí)的人機(jī)接口技術(shù)，其能夠使計(jì)算機(jī)和用戶(hù)之間實(shí)現(xiàn)感性、直觀而又自然的交互?，F(xiàn)階段，我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始大力開(kāi)展對(duì)VR 技術(shù)的研究，VR 技術(shù)的應(yīng)用前景正變得日益廣闊，并在軍事、設(shè)計(jì)、如樂(lè)、信息管理、醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域中有著極高的應(yīng)用價(jià)值與發(fā)展?jié)摿?，特別是在機(jī)器人領(lǐng)域中，VR 技術(shù)更是已經(jīng)成為機(jī)器人領(lǐng)域的未來(lái)研究方向。編程作為機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)之一，為了能夠滿足市場(chǎng)的發(fā)展需求，我國(guó)制造領(lǐng)域正日益趨向于小批量、多品種的柔性化發(fā)展，而在這種發(fā)展形勢(shì)下，傳統(tǒng)的機(jī)器人離線編程技術(shù)不僅需要耗費(fèi)較大的人力與物力，而且難以保證編程效果。因此，面對(duì)制造領(lǐng)域的柔性化發(fā)展要求，人們急需探尋一種更加快捷而高效的編程方法，而基于VR 技術(shù)的機(jī)器人離線編程技術(shù)，則是借助于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)來(lái)構(gòu)建虛擬工作環(huán)境與機(jī)器人模型，并通過(guò)相應(yīng)規(guī)劃算法的應(yīng)用，能夠使機(jī)器人在離線狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃。事實(shí)證明，基于VR 技術(shù)的機(jī)器人離線編程技術(shù)能夠提高機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)的安全性，縮短機(jī)器人的離線時(shí)間，并起到降低人力物力成本投入的效果。

1 傳統(tǒng)機(jī)器人離線編程技術(shù)存在的不足

目前，我國(guó)在機(jī)器人離線編程技術(shù)中已經(jīng)開(kāi)發(fā)出許多工具，這些工具的出現(xiàn)，使機(jī)器人的離線編程技術(shù)要求得到了一定的滿足，不過(guò)，現(xiàn)階段我國(guó)所采用的機(jī)器人離線編程技術(shù)在某些方面仍舊存在較多缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：其一，現(xiàn)階段所采用的三維仿真所提供的信息不符合人類(lèi)工程學(xué)特點(diǎn)，這也使三維仿真技術(shù)的深度不夠，用戶(hù)仍舊需要通過(guò)屏幕來(lái)對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行被動(dòng)式的觀察，在觀察深度上明顯存在不足。比如，三維仿真技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中進(jìn)行碰撞檢測(cè)時(shí)的難度過(guò)大；其二，無(wú)法隨意確定機(jī)器人的工具中心點(diǎn)路徑，并且所采用的方法具備很大的不便性。比如，用戶(hù)通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤(pán)來(lái)對(duì)機(jī)器人的目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入時(shí)，仿真機(jī)器人與用戶(hù)之間無(wú)法進(jìn)行三維交互；其三，用戶(hù)在對(duì)仿真系統(tǒng)進(jìn)行操作時(shí)，需要用戶(hù)具備較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性，能夠熟練操作仿真系統(tǒng)，并且還要用戶(hù)具備一定的工作經(jīng)驗(yàn)。從上述缺點(diǎn)中可以很明顯的看出，我國(guó)現(xiàn)階段所使用的機(jī)器人離線編程技術(shù)忽略了人的因素，其僅僅只對(duì)少部分人的能力進(jìn)行了利用，比如立體與多面圖像。此外，我國(guó)在機(jī)器人離線編程技術(shù)應(yīng)用中仍舊受到顯示屏幕、鼠標(biāo)及鍵盤(pán)等硬件方面的制約[1]。

2 基于VR技術(shù)的機(jī)器人離線編程技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

相比于以往的機(jī)器人離線編程技術(shù)來(lái)說(shuō)，通過(guò)VR 技術(shù)來(lái)構(gòu)建三維虛擬環(huán)境，并結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形接口技術(shù)的應(yīng)用，以形成具備交互式特點(diǎn)的操作環(huán)境，能夠大幅提高機(jī)器人離線編程的有效性，進(jìn)而使VR 技術(shù)成為機(jī)器人離線編程的一種有效解決方法。用戶(hù)可借助于數(shù)據(jù)手套、可穿戴式頭盔來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境下的交互式操作，在虛擬環(huán)境中不僅包括場(chǎng)景與機(jī)器人，同時(shí)還能使用戶(hù)真正的參與進(jìn)來(lái)，進(jìn)而改變以往的被動(dòng)式觀察方式，用戶(hù)可借助于數(shù)據(jù)手套來(lái)對(duì)虛擬環(huán)境中的機(jī)器人進(jìn)行控制[2]。因此，基于VR 技術(shù)的機(jī)器人離線編程技術(shù)具備以下應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：其一，VR 技術(shù)能夠按照人類(lèi)工程形式向用戶(hù)提供信息，以使三維虛擬場(chǎng)景的構(gòu)建變得更具深度，用戶(hù)可對(duì)工作單元進(jìn)行可視化的布局，使用戶(hù)對(duì)機(jī)器人的工作空間有一個(gè)更加深入的了解，從而使機(jī)器人的工作中心布局變得更加快速，并且在虛擬碰撞檢測(cè)方面也更易實(shí)現(xiàn)；其二，用戶(hù)可通過(guò)數(shù)據(jù)手套等交互式設(shè)備來(lái)對(duì)機(jī)器人的工具中心點(diǎn)中的任意一條路徑進(jìn)行快速確定，以使用戶(hù)的能力得到充分的發(fā)揮，使用戶(hù)能夠自行對(duì)路徑進(jìn)行最優(yōu)規(guī)劃；其三，基于VR 技術(shù)的機(jī)器人離線編程技術(shù)能夠?yàn)橛脩?hù)提供一個(gè)先進(jìn)的交互式人機(jī)接口，從而使機(jī)器人的編程工作得到大幅簡(jiǎn)化，僅需通過(guò)少量專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)的應(yīng)用就能快速完成機(jī)器人的編程工作。同時(shí)，用戶(hù)可通過(guò)多模塊人機(jī)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境中機(jī)器人與用戶(hù)之間的交互式操作，如手勢(shì)交互、語(yǔ)音交互等，這使用戶(hù)的操作變得更加便捷而直觀，即使用戶(hù)不具備編程知識(shí)，也同樣能夠進(jìn)行編程操作，并且其不需要用戶(hù)對(duì)機(jī)器人的構(gòu)造及操作有所了解；其四，基于VR 技術(shù)的機(jī)器人離線編程技術(shù)還能夠?qū)Τ绦蜻M(jìn)行快速的修改與測(cè)試[3]。通過(guò)上述分析可以了解到，VR 技術(shù)不僅是一種友好的人機(jī)交互界面，其還能作為一種可靠的平臺(tái)來(lái)進(jìn)行機(jī)器人離線編程及仿真工作，進(jìn)而縮小了編程時(shí)間，使編程任務(wù)得到了相應(yīng)的優(yōu)化，同時(shí)還能針對(duì)整個(gè)單元系統(tǒng)進(jìn)行并行化編程，降低了編程任務(wù)對(duì)用戶(hù)操作水平與經(jīng)驗(yàn)的要求，使用戶(hù)能夠快速學(xué)會(huì)控制機(jī)器人。

3 基于VR技術(shù)的機(jī)器人離線編程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文所提出的基于VR 技術(shù)的機(jī)器人離線編程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為單主機(jī)單用戶(hù)多外設(shè)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在VR 引擎與用戶(hù)交互時(shí)，主要是以輸入/輸出設(shè)備作為交互媒價(jià)的，I/O 設(shè)備能夠?qū)τ脩?hù)的輸入信息進(jìn)行讀取，并將仿真結(jié)果反饋給用戶(hù)。

3.1 系統(tǒng)硬件

在基于VR 技術(shù)的機(jī)器人離線編程系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)中，其主要包括以下部分，分別是SGI 圖形工作站、數(shù)據(jù)手套、超聲波頭部跟蹤裝置、Fastrak 跟蹤裝置以及液晶光閘眼鏡，SGI 圖形工作站是由Silicon Graphics 公司研發(fā)的，其屬于一種Indigo2 High Impact 的圖形工作站，該工作站相當(dāng)于整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算平臺(tái)。數(shù)據(jù)手套則是由5DT 公司研發(fā)的，手套選用5th Glove。Fastrak 跟蹤裝置是由Polhemus 公司研發(fā)的，該跟蹤裝置作為一種高效的3SPACE Fastrak 傳感器系統(tǒng)，其在機(jī)器人工作點(diǎn)中能夠?yàn)橛脩?hù)提供六個(gè)自由度的定位服務(wù)。超聲波頭部跟蹤裝置是由Logitech 公司研發(fā)的，其具備視覺(jué)隨動(dòng)功能。液晶光閘眼鏡是由Stereo Graphics 公司研發(fā)的，在該眼鏡中配備有CrystalEyes 體視系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩?hù)帶來(lái)逼真的立體視覺(jué)效果。而通過(guò)超聲波傳感設(shè)備的應(yīng)用，則能夠跟蹤用戶(hù)的頭部運(yùn)動(dòng)及方向，計(jì)算機(jī)則能夠根據(jù)用戶(hù)的頭部運(yùn)動(dòng)情況及其觀察方向?qū)︼@示畫(huà)面進(jìn)行實(shí)時(shí)的計(jì)算，并將畫(huà)面信息利用立體顯示設(shè)備反饋給用戶(hù)，從而使用戶(hù)能夠觀察到想要觀察的畫(huà)面場(chǎng)景。此外，用戶(hù)還能利用Fastrak 傳感器來(lái)對(duì)虛擬環(huán)境中機(jī)器人的手臂運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，計(jì)算機(jī)會(huì)對(duì)機(jī)器人的變化模型進(jìn)行計(jì)算，然后借助數(shù)據(jù)手套將相應(yīng)的手勢(shì)語(yǔ)言進(jìn)行表示出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人手臂動(dòng)作的控制。基于VR 技術(shù)的機(jī)器人離線編程系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于VR技術(shù)的機(jī)器人離線編程系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

3.2 系統(tǒng)軟件

在基于VR 技術(shù)的機(jī)器人離線編程系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)中，其主要是利用WTK 函數(shù)庫(kù)來(lái)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)工作的，WTK 的全稱(chēng)為 WorldToolkit，利用WTK 函數(shù)庫(kù)來(lái)對(duì)機(jī)器人中的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)建模系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。通過(guò)RGMS 的應(yīng)用，即Robot Geometric Modeling System 來(lái)對(duì)三維虛擬場(chǎng)景中的物體及機(jī)器人模型進(jìn)行構(gòu)建，然后將構(gòu)建的三維模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其能夠成為被WTK 所支持與識(shí)別的格式文件，然后將該圖形文件導(dǎo)入到WTK程序當(dāng)中來(lái)渲染模型，通過(guò)相應(yīng)紋理、陰影、顏色及光照等效果的應(yīng)用來(lái)使三維虛擬場(chǎng)景及機(jī)器人模型變得更加生動(dòng)、逼真。在利用WTK 函數(shù)庫(kù)時(shí)，主要是通過(guò)仿真管理程序的應(yīng)用來(lái)對(duì)虛擬場(chǎng)景中的進(jìn)程執(zhí)行情況進(jìn)行控制，仿真管理程序的應(yīng)用原理應(yīng)和Windows 中的消息循環(huán)機(jī)制相似，以實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬場(chǎng)景的高效化管理。在WTK 函數(shù)庫(kù)中有著相應(yīng)的函數(shù)命令，其能夠?qū)Ψ抡嫜h(huán)狀態(tài)與事件次序進(jìn)行改變，比如，WTuniverse-go 函數(shù)命令的調(diào)用就能夠使仿真循環(huán)狀態(tài)啟動(dòng)，而WTuniverse_stop 函數(shù)命令的調(diào)用則會(huì)使仿真循環(huán)狀態(tài)中斷[4]。WTK 的任務(wù)仿真循環(huán)過(guò)程如圖2所示。

圖2 WTK的任務(wù)仿真循環(huán)過(guò)程

4 基于VR技術(shù)的機(jī)器人離線編程仿真環(huán)境構(gòu)建

在利用VR 技術(shù)來(lái)構(gòu)建機(jī)器人的離線編程仿真環(huán)境時(shí)，需要針對(duì)虛擬環(huán)境場(chǎng)景及機(jī)器人來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的三維建模，應(yīng)優(yōu)先明確虛擬環(huán)境場(chǎng)景的大小及機(jī)器人的幾何尺寸，然后通過(guò)交互方法采用RGM 來(lái)對(duì)虛擬環(huán)境場(chǎng)景及機(jī)器人的三維模型進(jìn)行分別構(gòu)建。在三維模型構(gòu)建完畢后，將其進(jìn)行圖形文件導(dǎo)出，導(dǎo)出的圖形文件應(yīng)能夠被WTK 所識(shí)別，并且在WTK 中導(dǎo)入圖形文件之前，應(yīng)先對(duì)構(gòu)建的三維模型進(jìn)行審視，確保三維模型構(gòu)建正確并滿意后將其單獨(dú)存儲(chǔ)至模型庫(kù)當(dāng)中，然后導(dǎo)入到WTK軟件當(dāng)中，將這些構(gòu)建的三維模型當(dāng)作節(jié)點(diǎn)添加到場(chǎng)景當(dāng)中，以使各個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠按照層次進(jìn)行排列，從而組成相應(yīng)的場(chǎng)景圖形，并將機(jī)器人的手臂、軀干等部分進(jìn)行組合，使其在場(chǎng)景圖中能夠作為一個(gè)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)層次。比如，在對(duì)Puma 機(jī)器人進(jìn)行組裝時(shí)，其運(yùn)動(dòng)臂共包括六個(gè)關(guān)節(jié)與連桿，并且連桿和基座由對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)進(jìn)行連接，而第二個(gè)連桿和第一個(gè)連桿則是和第二關(guān)節(jié)進(jìn)行連接，并以此進(jìn)行類(lèi)推。在第六連桿中，其和末端夾具相連接，并固定于基座當(dāng)中。對(duì)于Puma 機(jī)器人來(lái)說(shuō)，其六個(gè)連桿及基座均可當(dāng)作相應(yīng)的分離節(jié)點(diǎn)來(lái)構(gòu)建三維模型，并在WTK 軟件中以從上至下的原則來(lái)對(duì)分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行組建，在該分層結(jié)構(gòu)中，基座為頂部分離結(jié)點(diǎn)，六個(gè)連桿則為底部分層節(jié)點(diǎn)。當(dāng)分層結(jié)構(gòu)中的某個(gè)分離結(jié)點(diǎn)在進(jìn)行幾何運(yùn)動(dòng)時(shí)，則其也會(huì)帶動(dòng)其他同層次與下層次的分離節(jié)點(diǎn)共同進(jìn)行幾何運(yùn)動(dòng)，而對(duì)于上層的分離節(jié)點(diǎn)則不會(huì)受到影響。比如，在第二連桿做幾何運(yùn)動(dòng)時(shí)，則第三、四、五、六連桿同樣也會(huì)隨之進(jìn)行幾何運(yùn)動(dòng)，但對(duì)于第一連桿與基座來(lái)說(shuō)，則不會(huì)受到第二連桿的任何影響。而當(dāng)?shù)诹B桿做幾何運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)于其它分離節(jié)點(diǎn)則不會(huì)受到任何影響。這是因?yàn)榈诹B桿為分層結(jié)構(gòu)中的最底部分層節(jié)點(diǎn)，其只會(huì)隨著上部分層節(jié)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。當(dāng)要想使機(jī)器人的整體進(jìn)行幾何運(yùn)動(dòng)，則只需確保最頂部的分層節(jié)點(diǎn)進(jìn)行幾何運(yùn)動(dòng)即可，也就是說(shuō)，只需要使基座進(jìn)行幾何運(yùn)動(dòng)即可。而對(duì)于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)臂和傳感器之間的運(yùn)動(dòng)連接關(guān)系，則可利用傳感器來(lái)對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)臂進(jìn)行信息驅(qū)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)臂和Fastrak 傳感器之間的運(yùn)動(dòng)連接，同時(shí)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)約束條件的設(shè)置，便可實(shí)現(xiàn)利用Fastrak 傳感器對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)臂進(jìn)行控制了[4]。

對(duì)于場(chǎng)景圖渲染來(lái)說(shuō)，通過(guò)在場(chǎng)景圖中各個(gè)圖形節(jié)點(diǎn)中設(shè)置材質(zhì)、紋理、顏色、陰影等效果，能夠使模型變得更加逼真、生動(dòng)。同時(shí)，為了使三維虛擬場(chǎng)景具備更快的顯示速度，應(yīng)盡量避免場(chǎng)景過(guò)于復(fù)雜，可盡量減少多邊形的處理數(shù)量，并通過(guò)LOD，即Level of Detail 法來(lái)進(jìn)行細(xì)節(jié)層次處理，以使多邊形的顯示數(shù)量得以降低[5]。對(duì)于立體顯示來(lái)說(shuō)，可通過(guò)Crystal Eyes 體視系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該體視系統(tǒng)共由三個(gè)部分組成，分別是SGI 圖形顯示器、液晶光閘眼鏡以及紅外線控制裝置。SGI 圖形顯示器的顯示頻率為120 幀/s，其相比于普通的顯示器來(lái)說(shuō)，在顯示頻率上要高出兩倍左右，可通過(guò)仿真軟件將顯示器的視頻模式設(shè)置成STEREO，由計(jì)算機(jī)對(duì)RGB 信號(hào)進(jìn)行發(fā)送，RBG 信號(hào)應(yīng)采用偏移及交替的透視圖像，由眼鏡對(duì)紅外線進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)電路對(duì)液晶鏡頭的開(kāi)啟關(guān)閉狀態(tài)進(jìn)行切換，以使其能夠和顯示器中的圖像進(jìn)行視域同步，左視域與右視域切換中其對(duì)應(yīng)的左右鏡頭中僅有相對(duì)應(yīng)的鏡頭是處于開(kāi)啟狀態(tài)的，而另一鏡頭則是關(guān)閉狀態(tài)的[6]。

在基于VR 技術(shù)的機(jī)器人離線編程系統(tǒng)中，其視域跟蹤功能的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)三維頭部跟蹤裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該跟蹤裝置共包括三個(gè)組成部分，分別是控制單元、發(fā)射器以及一個(gè)單獨(dú)的接收器，其發(fā)射器中布置有三個(gè)超聲波發(fā)生器，這三個(gè)超聲波發(fā)生器均被固定于三角架上，并且發(fā)生器的布置間距為30cm，發(fā)射器的布置方向需要面向于用戶(hù)的頭部前方。而接收器則共包括三個(gè)麥克風(fēng)，其在液晶光閘眼鏡中是以三角形進(jìn)行布置的，在液晶興閘眼鏡中的控制單元能夠?qū)β暡ǖ膫鞑r(shí)間進(jìn)行計(jì)算，以實(shí)現(xiàn)對(duì)頭部方向及位置的確定，并利用RS232 接口和SGI 進(jìn)行連接，以使頭部方向及位置信息能夠發(fā)送到主機(jī)當(dāng)中去，從而使仿真系統(tǒng)能夠依據(jù)這些數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新，進(jìn)而使用戶(hù)的視線能夠觀察到想要觀察的虛擬場(chǎng)景[7]。

5 基于VR技術(shù)的離線編程研究

5.1 路徑生成

在運(yùn)動(dòng)路徑生成方面，需要對(duì)機(jī)器人模型中的末端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定義，以使運(yùn)動(dòng)路徑得以生成。該系統(tǒng)的Fastrak 傳感器能夠進(jìn)行六個(gè)自由度的工作點(diǎn)定位，以使用戶(hù)與機(jī)器人之間得以進(jìn)行三維交互。在Fastrak 傳感器系統(tǒng)中，其共包括控制單元、發(fā)射源與傳感器三個(gè)組成部分，其中，發(fā)射源與傳感器共同與控制單元相連接，并利用RS232 串口和SGI主機(jī)進(jìn)行連接。控制單元能夠?qū)鞲衅髦械哪M信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而發(fā)射源則能夠?qū)﹄姶艌?chǎng)進(jìn)行發(fā)送，并利用傳感器進(jìn)行檢測(cè)，由傳感器轉(zhuǎn)換成具備三個(gè)方向參數(shù)與位置參數(shù)的六個(gè)模擬信號(hào)，并發(fā)送給控制單元，由控制單元根據(jù)這六個(gè)模擬信號(hào)來(lái)對(duì)傳感器的方向及位置進(jìn)行描述，從而根據(jù)傳感器的方向及位置來(lái)對(duì)手套方向及位置進(jìn)行確定，并由仿真軟件來(lái)根據(jù)方向與位置信息來(lái)對(duì)機(jī)器人的末端工作點(diǎn)進(jìn)行定位[8]。

5.2 手勢(shì)識(shí)別及機(jī)器人的動(dòng)作控制

在手勢(shì)識(shí)別及機(jī)器人的動(dòng)作控制方面，主要是通過(guò)數(shù)據(jù)手套來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在數(shù)據(jù)手套中嵌入有五個(gè)光纖傳感器，這五個(gè)光纖傳感器分別位于各個(gè)手指當(dāng)中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)手形狀的測(cè)量，并利用二軸側(cè)傾傳感器來(lái)對(duì)手腕的俯仰角與側(cè)傾進(jìn)行測(cè)量，而手的位置則是由六自由度的跟蹤器來(lái)進(jìn)行確定的。數(shù)據(jù)手套和SGI 主機(jī)之間是利用串口進(jìn)行連接的，數(shù)據(jù)手套的工作方式包括利用命令、連續(xù)數(shù)據(jù)、報(bào)告數(shù)據(jù)與模擬鼠標(biāo)。仿真軟件可對(duì)手套中用戶(hù)的手指屈伸度數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，并通過(guò)模板匹配來(lái)實(shí)現(xiàn)手勢(shì)的實(shí)別，從而達(dá)到用戶(hù)通過(guò)數(shù)據(jù)手套來(lái)控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)臂動(dòng)作的目的[9]。

5.3 碰撞檢測(cè)分析

在基于VR 技術(shù)的機(jī)器人離線編程技術(shù)中，碰撞檢測(cè)是其關(guān)鍵技術(shù)，其對(duì)于動(dòng)作控制的精確性與真實(shí)感有著決定性的影響。對(duì)于碰撞檢測(cè)問(wèn)題來(lái)說(shuō)，可將其向多面體干涉檢驗(yàn)問(wèn)題進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并按照三個(gè)層次來(lái)進(jìn)行，分別是求交檢查、包容性測(cè)試與包容盒檢查。當(dāng)機(jī)器人在按照路徑進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，只需對(duì)各個(gè)離散點(diǎn)進(jìn)行上述三個(gè)層次的檢驗(yàn)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)該路徑和環(huán)境的碰撞判定，從而確定該運(yùn)動(dòng)路徑的安全性[10]。在該系統(tǒng)中，主要是利用顏色變化來(lái)對(duì)碰撞與否進(jìn)行指示的，當(dāng)用戶(hù)在執(zhí)行發(fā)生碰撞的動(dòng)作指令時(shí)，仿真器會(huì)拒絕執(zhí)行該動(dòng)作指令，并發(fā)出報(bào)警。

6 結(jié)語(yǔ)

VR 技術(shù)的出現(xiàn)，使其為機(jī)器人領(lǐng)域帶來(lái)了巨大的變革，極大促進(jìn)與帶動(dòng)了機(jī)器人相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與相互滲透，基于VR 技術(shù)的機(jī)器人離線編程系統(tǒng)，能夠?yàn)橛脩?hù)提供一個(gè)良好的高級(jí)人機(jī)交互接口，從而使機(jī)器人的離線編程工作能夠在一個(gè)直觀而有效的虛擬場(chǎng)景中更加高效的進(jìn)行。