近身空间内机器人操作臂的遥操作：一种虚拟魔杖方法

本文处理了沿六自由度遥操作机器人臂这一众所周知的问题。解决该问题的主流且最有效的方法涉及直接的位置到位置映射，迫使机器人末端执行器的运动模仿用户的运动。在机器人靠近操作员的特定情况下，存在该方法的替代方案。受20世纪80年代使用的头部指示器（最初设计用于使四肢瘫痪者通过有限的头部运动进行绘画）的启发，我们提出了一种“虚拟魔杖”映射。它利用手与机器人末端执行器之间的虚拟刚性连接。通过这种方法，旋转通过杠杆臂产生放大的平移，形成“旋转到位置”的耦合。这种方法以牺牲旋转空间为代价扩展了平移工作空间。我们通过实现六自由度到达任务，将虚拟魔杖方法与一对一位置映射进行了比较。结果表明，两种不同的映射表现相当，同样受到用户欢迎，并展现出相似的电机控制行为。尽管如此，预计虚拟魔杖映射在以大平移和小末端执行器旋转为特征的任务中表现更优，而直接映射则预期在大旋转和小平移的任务中展现出优势。这些结果为新的交互和界面铺平了道路，特别是在利用头部运动（而非手部）的残疾辅助领域。利用具有大幅旋转能力的身体部位，可以完成以前使用标准直接耦合界面被认为不可行的任务。