Chai3D之觸覺設備

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??觸覺設備是一種雙向儀表/致動的人機界面，由人類操作員用于與計算機模擬虛擬環境進行主動交互。觸覺設備可以是鼠標、方向盤、指墊、機器人手柄、抓手、操縱桿、手套、磁懸浮手腕，甚至是移動整個用戶身體的運動平臺的形式。它可用于模擬具有質量、阻尼、摩擦和剛度屬性的環境，也可以模擬虛擬工具與其周圍虛擬環境交互的機械行為。

??CHAI3D 提供了一個名為 cGenericHapticDevice 的基類，它實現了一組與最常見的 3D 觸覺設備進行通信的方法。觸覺設備的末端執行器或手柄的位置可以通過使用getPosition（），getRotation（），getGripperAngleDeg（）等方法讀取。可選的用戶開關或按鈕可以通過調用getUserSwitch（）來讀取。

??力和扭矩可以通過調用諸如setForce（），setForceAndTorque（）和setForceAndTorqueAndGripperForce（）等方法發送到觸覺設備。

??對于每種型號的觸覺設備（例如delta.x，omega.x獵鷹，幻影等）CHAI3D 實現了一個特定的類（例如 cDeltaDevice、cPhantomDevice），該類繼承自 cGenericHapticDevice，并通過從支持該設備的 API 調用特定命令來實現每個命令。

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

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

??示例 02-multi-devices 是一個簡單的應用程序，它顯示連接到計算機的每個觸覺設備的參考幀。參考框架使用顏色而不是標簽來命名不同的軸（分別為 x、y 和 z）。顏色約定為：紅色表示 x 軸，綠色表示 y 軸，藍色表示 z 軸。

??觸覺設備處理程序 （cHapticDeviceHandler） 是一個類，用于搜索并列出連接到計算機的所有觸覺設備。

??在下面的列表中，我們說明了一個簡單的示例，該示例對觸覺設備施加力，使其末端執行器朝向其工作空間的中心點：

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備。只需按照文件 CMyCustomDevice 中的 12 個注釋步驟操作.cpp并相應地完成代碼。根據設備上的自由度數，可能需要實現并非所有方法。例如，如果您的設備不提供任何旋轉自由度，只需忽略 getRotation（） 方法即可。如果未在設備上實現默認值，則將正確返回默認值。例如，在旋轉的情況下，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檢測您的設備。請查閱 cHapticDeviceHandler 類的方法 update（），該類位于文件 CHapticDeviceHandler.cpp 中。只需查看觸覺設備處理程序如何查找 cMyCustomDevice 類型的設備。

??如果您在實現時遇到任何問題，請檢查實例文件 CDeltaDevices.cpp該文件實現了對力維度和 Novint 觸覺設備的支持。為了驗證實現，請使用01-mydevice示例開始。示例 11-effects 是一個很好的演示，用于驗證基本觸覺效果在觸覺設備上的行為方式。如果您確實遇到振動或不穩定性，請嘗試降低設備支持的最大剛度（請參閱文件 CMyCustomDevice.cpp 中的 STEP1）。

??確保您的設備與計算機的通信速度也足夠快。理想情況下，通信周期應小于1ms，以達到至少1000Hz的所需更新速率。例如，使用慢速串行端口 （RS232） 時通常會出現問題。

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