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在考慮過現有的技術和他們用戶的需求后，決定開發出一個新的工具，可通過虛擬用戶界面來操縱現實世界的設備。而選擇了可以通過虛擬顯示技術VR技術的應用來直觀地進行操縱的機械臂，以作為目標的概念驗證。為了快速(su)高效地打造出這個系統，快速(su)原型開(kai)發(fa)工(gong)具(ju)和迭代開(kai)發(fa)形(xing)式的(de)、靈活的(de)、跨域的(de)設計流程。數(shu)學建模、MATLAB仿真、計算機輔助(zhu)設計、開(kai)源電子硬件、3D打印(yin)、以及(ji)快速(su)的(de)制作方法都是這個項目成功的(de)關鍵。

開發(fa)虛擬控制(zhi)

現在這(zhe)(zhe)個(ge)虛擬應用可(ke)以(yi)準確而(er)(er)直(zhi)觀地控制機(ji)械手臂(bei)。這(zhe)(zhe)個(ge)應用不僅(jin)可(ke)以(yi)實時進(jin)行控制，而(er)(er)且還能(neng)輕松地錄(lu)制一(yi)個(ge)機(ji)械手臂(bei)的(de)動作路徑。這(zhe)(zhe)樣用戶就(jiu)能(neng)“教導”機(ji)械手臂(bei)進(jin)行定的(de)動作，而(er)(er)無需任何(he)高級的(de)編程知(zhi)識。錄(lu)制一(yi)個(ge)新的(de)動作十分(fen)簡單：按下錄(lu)制按鈕，在VR中啟用機(ji)械手臂(bei)的(de)末端執行器，并將其拖入3D場景中就(jiu)可(ke)以(yi)了(le)。

潛在的應用(yong)

在這(zhe)次概(gai)念(nian)驗證中機械(xie)(xie)手臂(bei)(bei)比較小，但這(zhe)個方法同樣可(ke)以(yi)用于(yu)強大(da)的(de)工業(ye)機器(qi)(qi)(qi)之中。想象一(yi)下，整個工廠都可(ke)以(yi)在VR中進行設計和編(bian)程(cheng)，包括所(suo)有(you)(you)的(de)機械(xie)(xie)動(dong)作。不再(zai)需(xu)(xu)工業(ye)機器(qi)(qi)(qi)人域的(de)專家(jia)，也不再(zai)需(xu)(xu)要花費(fei)大(da)量的(de)時間和經歷來(lai)為低階(jie)的(de)機械(xie)(xie)手臂(bei)(bei)進行編(bian)碼。通過這(zhe)個架構，任何人都可(ke)以(yi)輕松而快速地為機器(qi)(qi)(qi)的(de)行為進行編(bian)程(cheng)，或(huo)者重新(xin)編(bian)程(cheng)。有(you)(you)些公(gong)司(si)(si)已經開發出可(ke)輕松進行編(bian)程(cheng)的(de)機械(xie)(xie)手臂(bei)(bei)，但目前(qian)很少有(you)(you)公(gong)司(si)(si)會利用到VR的(de)直觀性和沉浸感。

這個虛(xu)擬控(kong)制系(xi)統(tong)可讓用戶與遠程的(de)機器系(xi)統(tong)進(jin)行(xing)交互，甚至(zhi)是與危(wei)險的(de)機器系(xi)統(tong)進(jin)行(xing)交互。例(li)如，一名在外地的(de)外科(ke)醫(yi)生可以(yi)直觀地對(dui)本地病人進(jin)行(xing)手(shou)術，而且不需(xu)要(yao)對(dui)機械(xie)控(kong)制進(jin)行(xing)高強度的(de)訓練就可以(yi)輕松實(shi)現。

在開(kai)發(fa)中(zhong)學(xue)習

盡(jin)管這(zhe)個(ge)項目只(zhi)是(shi)一(yi)個(ge)概念驗(yan)證，但在(zai)制作VR機(ji)械(xie)手臂系統(tong)(tong)的過程中，知(zhi)道如(ru)何(he)連(lian)接虛擬世(shi)界(jie)和現(xian)實世(shi)界(jie)。在(zai)設計這(zhe)個(ge)創(chuang)新性(xing)工具(ju)時(shi)所(suo)積累(lei)的經(jing)驗(yan)對用戶(hu)是(shi)有幫助的，希望這(zhe)個(ge)項目可以啟(qi)發其他的工程師(shi)來開(kai)發融合VR直(zhi)觀(guan)性(xing)的控制系統(tong)(tong)。

技術要點

這個項目成功運用了3D模型的骨骼反向IK技術，通過HTC VIVE獲得模型手的空間位置，實時設定骨骼末端節點的空間位置， 通過反向IK驅動機械手臂的其他骨骼節點， 這個應用具有比較高的實用價值。WONGLOVE+系列手套可以與機械臂集成實現反向IK應用。