突破CyberGrasp在触觉渲染中的极限

CyberGrasp是一种众所周知的数据手套-外骨骼组合装置，能够向人手指渲染触觉反馈。然而，其设计通过有限的控制带宽和位置传感器分辨率限制了其在遥操作中的可用性。因此，该系统在触觉渲染中可实现接触刚度和反馈增益幅值较低。此外，该系统禁止对其控制器实现进行简单适配。本文提出了ExHand Box，一种新设计的后端，用于拓宽CyberGrasp的带宽限制并开放完全定制的控制器实现。ExHand Box为原本未改动的CyberGlove和CyberGrasp手部系统提供了新的计算机、接口电子设备和电机控制器。新系统的环路频率可自由变化至高达2 kHz，并且可通过自动代码生成接口实现定制控制器。本文给出了系统性能辨识实验，展示了在一系列采样周期下硬接触情况中改善的行为。实验展示了在稳定条件下高达50 kN/m的最大接触刚度，显著高于非定制原始系统版本所能达到的刚度。此外，进行了双边控制实验以证明新系统用于通用遥操作研究的可用性。在该实验中，引入了光线投射算法用于接触前检测，以补偿主从之间如以太网中出现的时延和抖动通信链路。结果表明，接触刚度可维持在系统性能辨识的量级，稳定条件下演示刚度达41 kN/m。