Chai3D之觸覺設(shè)備

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??觸覺設(shè)備是一種雙向儀表/致動(dòng)的人機(jī)界面，由人類操作員用于與計(jì)算機(jī)模擬虛擬環(huán)境進(jìn)行主動(dòng)交互。觸覺設(shè)備可以是鼠標(biāo)、方向盤、指墊、機(jī)器人手柄、抓手、操縱桿、手套、磁懸浮手腕，甚至是移動(dòng)整個(gè)用戶身體的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的形式。它可用于模擬具有質(zhì)量、阻尼、摩擦和剛度屬性的環(huán)境，也可以模擬虛擬工具與其周圍虛擬環(huán)境交互的機(jī)械行為。

??CHAI3D 提供了一個(gè)名為 cGenericHapticDevice 的基類，它實(shí)現(xiàn)了一組與最常見的 3D 觸覺設(shè)備進(jìn)行通信的方法。觸覺設(shè)備的末端執(zhí)行器或手柄的位置可以通過使用getPosition（），getRotation（），getGripperAngleDeg（）等方法讀取。可選的用戶開關(guān)或按鈕可以通過調(diào)用getUserSwitch（）來讀取。

??力和扭矩可以通過調(diào)用諸如setForce（），setForceAndTorque（）和setForceAndTorqueAndGripperForce（）等方法發(fā)送到觸覺設(shè)備。

??對(duì)于每種型號(hào)的觸覺設(shè)備（例如delta.x，omega.x獵鷹，幻影等）CHAI3D 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)特定的類（例如 cDeltaDevice、cPhantomDevice），該類繼承自 cGenericHapticDevice，并通過從支持該設(shè)備的 API 調(diào)用特定命令來實(shí)現(xiàn)每個(gè)命令。

??所有數(shù)量均以IUS（公制）單位表示。參考設(shè)備坐標(biāo)系指定 x 軸指向操作員，y 軸指向操作員的右側(cè)，z 軸指向上方。最后，原點(diǎn)始終位于設(shè)備物理工作區(qū)的中心。

??如果觸覺設(shè)備帶有手腕或手寫筆，則其手柄的方向使用旋轉(zhuǎn)矩陣表示。下圖說明了三自由度、六自由度和七自由度設(shè)備的約定。

??示例 02-multi-devices 是一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序，它顯示連接到計(jì)算機(jī)的每個(gè)觸覺設(shè)備的參考幀。參考框架使用顏色而不是標(biāo)簽來命名不同的軸（分別為 x、y 和 z）。顏色約定為：紅色表示 x 軸，綠色表示 y 軸，藍(lán)色表示 z 軸。

??觸覺設(shè)備處理程序 （cHapticDeviceHandler） 是一個(gè)類，用于搜索并列出連接到計(jì)算機(jī)的所有觸覺設(shè)備。

??在下面的列表中，我們說明了一個(gè)簡(jiǎn)單的示例，該示例對(duì)觸覺設(shè)備施加力，使其末端執(zhí)行器朝向其工作空間的中心點(diǎn)：

using namespace chai3d;
// create haptic device handler
cHapticDeviceHandler* handler;
handler = new cHapticDeviceHandler();
// get handle to first available haptic device on the list
cGenericHapticDevice* hapticDevice;
handler->getDevice(hapticDevice, 0);
// open connection to haptic device
hapticDevice->open();
// initialize simulation
bool simulationRunning = true;
double Kp = 25;
cVector3d position(0,0,0);
// haptics loop
while (simulationRunning)
{
// read position from haptic device
hapticDevice->getPosition(position);

    // compute force
    cVector3d force = -Kp * position;
    // send force to haptic device
    hapticDevice->setForce(force);

}
// close connection to haptic device
hapticDevice->close();

??cMyCustomDevice 提供了一個(gè)基本模板，可讓您非常輕松地將 CHAI3D 連接到您自己的自定義觸覺設(shè)備。只需按照文件 CMyCustomDevice 中的 12 個(gè)注釋步驟操作.cpp并相應(yīng)地完成代碼。根據(jù)設(shè)備上的自由度數(shù)，可能需要實(shí)現(xiàn)并非所有方法。例如，如果您的設(shè)備不提供任何旋轉(zhuǎn)自由度，只需忽略 getRotation（） 方法即可。如果未在設(shè)備上實(shí)現(xiàn)默認(rèn)值，則將正確返回默認(rèn)值。例如，在旋轉(zhuǎn)的情況下，返回單位矩陣。

??您還可以重命名此類，在這種情況下，您還需要自定義觸覺處理程序以自動(dòng)檢測(cè)您的設(shè)備。請(qǐng)查閱 cHapticDeviceHandler 類的方法 update（），該類位于文件 CHapticDeviceHandler.cpp 中。只需查看觸覺設(shè)備處理程序如何查找 cMyCustomDevice 類型的設(shè)備。

??如果您在實(shí)現(xiàn)時(shí)遇到任何問題，請(qǐng)檢查實(shí)例文件 CDeltaDevices.cpp該文件實(shí)現(xiàn)了對(duì)力維度和 Novint 觸覺設(shè)備的支持。為了驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)，請(qǐng)使用01-mydevice示例開始。示例 11-effects 是一個(gè)很好的演示，用于驗(yàn)證基本觸覺效果在觸覺設(shè)備上的行為方式。如果您確實(shí)遇到振動(dòng)或不穩(wěn)定性，請(qǐng)嘗試降低設(shè)備支持的最大剛度（請(qǐng)參閱文件 CMyCustomDevice.cpp 中的 STEP1）。

??確保您的設(shè)備與計(jì)算機(jī)的通信速度也足夠快。理想情況下，通信周期應(yīng)小于1ms，以達(dá)到至少1000Hz的所需更新速率。例如，使用慢速串行端口 （RS232） 時(shí)通常會(huì)出現(xiàn)問題。

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