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安在身体上的机械链(外骨骼或测角器),常用作关节角测量。如果加上触觉接口,这就形成了力反馈外骨骼。因为戴在身上,所以它是轻便的可移动的。但如果身体运动,就要求使用其它方法跟踪身体运动。它们与肢体运动有同样的工作空间,因此有全范围的运动测量。 有两种方法使用测角器:得到关节角和得到末端位置。实际上,由得到的角度,经过计算可以得到末端位置。但是,由末端位置得到关节角,有很大的困难。 安装的困难是因为人体的软组织及在测角器和肢体间的相对运动。 测角器与关节的校准是困难的,特别是对多自由度关节(如肩)。(由于测角器是肢体外部的外骨骼,所以它的转动中心不同于关节转动中心。由于运动的不一致,在测角器和运动肢体之间存在着滑动。)问题在于人的关节不是完善的铰链关节或球关节,转动轴随关节角而移动。 对于测角器,必须研究装配和测量的问题(例如对不同人体的调整、与关节的调节、足够硬的连接、链接与肢体的校准等)。 (2)安在地面上的链接 安在地面上的机械链接主要用于大自由度末端跟踪,如头或手的位姿跟踪。它不会引起上述的关节角测量有关的问题。 要求操作者牢固地抓住手操作器,或者要求头盔牢固地缚在头上,都是有困难的。 安在地面上的机械链接比安在身体上的链接更容易产生力反馈,因为驱动器不必安在身体上。 安在地面的机械链接的一个缺点是操作者被连在地面,工作空间受到限制。即使希望有较长的机械臂,两段机械手臂也限制在约2m。只有在操作者坐着不动时,这才是好的方案。 另一个缺点是可测量的自由度数目受到限制,通常六个。对于同时测量多个臂或测量冗余的链接,这都有问题。例如多手指运动一般不用安在地面的链接。 此外,人的手臂是冗余的7自由度机构,安在地面的链接不能解决这种冗余。 一个例子是Fake Space Labs的观看器BOOM。它的视觉显示不是戴在头上,而是由BOOM链接支持在底座上。由机械手的经验,应该实现0.1mm精度和高分辨率,并经过正常的校准[Mooring,1991]。 对于安在头盔上的链接,一种可能是用平衡块减小头盔上的重力负担[Maeda,1992]。平衡块的缺点是平衡臂的惯性可能妨碍头部运动。可能的解决方法是用主动链接伺服控制,去掉头上所有的动态负担。这显然是复杂的,昂贵的,而且尚未实现。 对安在身体上的链接,需要多个肢体跟踪和肢体冗余跟踪的能力。需要混合的安在地面与身体上的系统,例如跟踪手指运动与手的运动。 |