崔艳波，王彤宇

(长春理工大学 机电工程学院，长春 130022)

为了满足最新技术，减少开支的需求和保护资源日益增长的需求，很多公司为他们的产品争取一个更好更廉价的设计。基于这种思想，虚拟环境作为一个很有效的工具应用在生产设计的前沿。然而，当前大多数CAD软件包都存在缺点：缺乏感知装配或者机器的实际运行时所受力的能力。因此，消除CAD和制造之间的隔阂是现代和将来机械设计的关键。若在CAD功能中添加一个力反馈装置，允许工程师对于复杂装配的附加洞察，通过触觉将进一步提高设计质量。从而使得一个简单的电脑变成一个虚拟装配生产线，去观察和感觉产品是如何从设计到制造到装配。这将使问题在设计阶段就可以被及时发现、得以纠正，通过触觉界面或虚拟触觉就可以实现。而这项工作的重点是创建一个应用程序允许用户完成虚拟装配任务，本文就以钉孔装配为例展开研究。

1 力反馈系统

力反馈系统可以看作是一个有人参与的双向闭环系统。如图1、图2所示，操作者操作力反馈设备PHANTOM的末端手柄，控制设备接口点(HIP，Haptic Interface Point)在设备工作空间中运动，HIP的位置如图2中的P点所示。空间匹配模块将HIP的位姿通过空间匹配算法映射为虚拟环境中的代理(proxy)点的位姿，代理点如图2中Q点所示，因此代理点的位姿可以随HIP的位姿更新；力的渲染模块根据虚拟环境信息和代理点与虚拟环境的交互状态，以不低于每秒1000次的运算速度计算反馈力，并将反馈力发送给力反馈设备，力反馈设备根据要输出的反馈力的大小和方向驱动电机转动，把要输出的反馈力转化为机械能，从而使操作者能够感受到反馈力，完成虚拟环境中的“力的渲染”。……