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在考慮過(guò)現(xiàn)有的技術(shù)和他們用戶的需求后，決定開(kāi)發(fā)出一個(gè)新的工具，可通過(guò)虛擬用戶界面來(lái)操縱現(xiàn)實(shí)世界的設(shè)備。而選擇了可以通過(guò)虛擬顯示技術(shù)VR技術(shù)的應(yīng)用來(lái)直觀地進(jìn)行操縱的機(jī)械臂，以作為目標(biāo)的概念驗(yàn)證。為了快速高效地打造出這個(gè)系統(tǒng)，快速原型開(kāi)發(fā)工具和迭代開(kāi)發(fā)形式的、靈活的、跨域的設(shè)計(jì)流程。數(shù)學(xué)建模、MATLAB仿真、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、開(kāi)源電子硬件、3D打印、以及快速的制作方法都是這個(gè)項(xiàng)目成功的關(guān)鍵。

開(kāi)發(fā)虛擬控制

現(xiàn)在這個(gè)虛擬應(yīng)用可以準(zhǔn)確而直觀地控制機(jī)械手臂。這個(gè)應(yīng)用不僅可以實(shí)時(shí)進(jìn)行控制，而且還能輕松地錄制一個(gè)機(jī)械手臂的動(dòng)作路徑。這樣用戶就能“教導(dǎo)”機(jī)械手臂進(jìn)行定的動(dòng)作，而無(wú)需任何高級(jí)的編程知識(shí)。錄制一個(gè)新的動(dòng)作十分簡(jiǎn)單：按下錄制按鈕，在VR中啟用機(jī)械手臂的末端執(zhí)行器，并將其拖入3D場(chǎng)景中就可以了。

潛在的應(yīng)用

在這次概念驗(yàn)證中機(jī)械手臂比較小，但這個(gè)方法同樣可以用于強(qiáng)大的工業(yè)機(jī)器之中。想象一下，整個(gè)工廠都可以在VR中進(jìn)行設(shè)計(jì)和編程，包括所有的機(jī)械動(dòng)作。不再需工業(yè)機(jī)器人域的專家，也不再需要花費(fèi)大量的時(shí)間和經(jīng)歷來(lái)為低階的機(jī)械手臂進(jìn)行編碼。通過(guò)這個(gè)架構(gòu)，任何人都可以輕松而快速地為機(jī)器的行為進(jìn)行編程，或者重新編程。有些公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出可輕松進(jìn)行編程的機(jī)械手臂，但目前很少有公司會(huì)利用到VR的直觀性和沉浸感。

這個(gè)虛擬控制系統(tǒng)可讓用戶與遠(yuǎn)程的機(jī)器系統(tǒng)進(jìn)行交互，甚至是與危險(xiǎn)的機(jī)器系統(tǒng)進(jìn)行交互。例如，一名在外地的外科醫(yī)生可以直觀地對(duì)本地病人進(jìn)行手術(shù)，而且不需要對(duì)機(jī)械控制進(jìn)行高強(qiáng)度的訓(xùn)練就可以輕松實(shí)現(xiàn)。

在開(kāi)發(fā)中學(xué)習(xí)

盡管這個(gè)項(xiàng)目只是一個(gè)概念驗(yàn)證，但在制作VR機(jī)械手臂系統(tǒng)的過(guò)程中，知道如何連接虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界。在設(shè)計(jì)這個(gè)創(chuàng)新性工具時(shí)所積累的經(jīng)驗(yàn)對(duì)用戶是有幫助的，希望這個(gè)項(xiàng)目可以啟發(fā)其他的工程師來(lái)開(kāi)發(fā)融合VR直觀性的控制系統(tǒng)。

技術(shù)要點(diǎn)

這個(gè)項(xiàng)目成功運(yùn)用了3D模型的骨骼反向IK技術(shù)，通過(guò)HTC VIVE獲得模型手的空間位置，實(shí)時(shí)設(shè)定骨骼末端節(jié)點(diǎn)的空間位置， 通過(guò)反向IK驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂的其他骨骼節(jié)點(diǎn)， 這個(gè)應(yīng)用具有比較高的實(shí)用價(jià)值。WONGLOVE+系列手套可以與機(jī)械臂集成實(shí)現(xiàn)反向IK應(yīng)用。