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在考慮過(guò)現有的技術(shù)和他們用戶(hù)的需求后，決定開(kāi)發(fā)出一個(gè)新的工具，可通過(guò)虛擬用戶(hù)界面來(lái)操縱現實(shí)世界的設備。而選擇了可以通過(guò)虛擬顯示技術(shù)VR技術(shù)的應用來(lái)直觀(guān)地進(jìn)行操縱的機械臂，以作為目標的概念驗證。為了快速高效地打造出這個(gè)系統，快速原型開(kāi)發(fā)工具和迭代開(kāi)發(fā)形式的、靈活的、跨域的設計流程。數學(xué)建模、MATLAB仿真、計算機輔助設計、開(kāi)源電子硬件、3D打印、以及快速的制作方法都是這個(gè)項目成功的關(guān)鍵。

開(kāi)發(fā)虛擬控制

現在這個(gè)虛擬應用可以準確而直觀(guān)地控制機械手臂。這個(gè)應用不僅可以實(shí)時(shí)進(jìn)行控制，而且還能輕松地錄制一個(gè)機械手臂的動(dòng)作路徑。這樣用戶(hù)就能“教導”機械手臂進(jìn)行定的動(dòng)作，而無(wú)需任何高級的編程知識。錄制一個(gè)新的動(dòng)作十分簡(jiǎn)單：按下錄制按鈕，在VR中啟用機械手臂的末端執行器，并將其拖入3D場(chǎng)景中就可以了。

潛在的應用

在這次概念驗證中機械手臂比較小，但這個(gè)方法同樣可以用于強大的工業(yè)機器之中。想象一下，整個(gè)工廠(chǎng)都可以在VR中進(jìn)行設計和編程，包括所有的機械動(dòng)作。不再需工業(yè)機器人域的專(zhuān)家，也不再需要花費大量的時(shí)間和經(jīng)歷來(lái)為低階的機械手臂進(jìn)行編碼。通過(guò)這個(gè)架構，任何人都可以輕松而快速地為機器的行為進(jìn)行編程，或者重新編程。有些公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出可輕松進(jìn)行編程的機械手臂，但目前很少有公司會(huì )利用到VR的直觀(guān)性和沉浸感。

這個(gè)虛擬控制系統可讓用戶(hù)與遠程的機器系統進(jìn)行交互，甚至是與危險的機器系統進(jìn)行交互。例如，一名在外地的外科醫生可以直觀(guān)地對本地病人進(jìn)行手術(shù)，而且不需要對機械控制進(jìn)行高強度的訓練就可以輕松實(shí)現。

在開(kāi)發(fā)中學(xué)習

盡管這個(gè)項目只是一個(gè)概念驗證，但在制作VR機械手臂系統的過(guò)程中，知道如何連接虛擬世界和現實(shí)世界。在設計這個(gè)創(chuàng )新性工具時(shí)所積累的經(jīng)驗對用戶(hù)是有幫助的，希望這個(gè)項目可以啟發(fā)其他的工程師來(lái)開(kāi)發(fā)融合VR直觀(guān)性的控制系統。

技術(shù)要點(diǎn)

這個(gè)項目成功運用了3D模型的骨骼反向IK技術(shù)，通過(guò)HTC VIVE獲得模型手的空間位置，實(shí)時(shí)設定骨骼末端節點(diǎn)的空間位置， 通過(guò)反向IK驅動(dòng)機械手臂的其他骨骼節點(diǎn)， 這個(gè)應用具有比較高的實(shí)用價(jià)值。WONGLOVE+系列手套可以與機械臂集成實(shí)現反向IK應用。