大刚度环境中力反馈主手的自适应稳定透明算法

本文主要探讨了在大刚度环境下，机器人力反馈主手（通常用于虚拟环境中的人机交互）所面临的稳定性和操作透明性下降的问题。作者们针对这一挑战，提出了一个创新的力觉渲染与反馈的自适应算法。他们基于北京航空航天大学机械工程及自动化学院的研究，改进了传统的虚拟墙壁模型，引入了力的空间梯度概念。空间梯度反映了力随主手末端位置变化的敏感度，这有助于实时监测和调整力反馈。 算法的核心思想是根据力信号随主手运动的速度变化（即变化率），动态地选择合适的控制策略。当主手在大刚度环境中遇到阻力时，如果变化率较大，意味着需要更强的力反馈以保持稳定；反之，若变化率较小，可能表明可以适当减小力反馈，提高操作的透明感，减少振荡。这种自适应性设计旨在在维持系统稳定性的前提下，尽可能地模拟真实世界的力感，提升用户的操作体验。 通过仿真试验，研究者验证了这种算法的有效性。结果显示，新算法能够有效抑制振荡，确保系统在大刚度环境中的稳定性，并通过动态调整输出的力感刚度，显著提高了系统的操作透明性。这一成果对于提升人机交互系统的性能，特别是在医疗、教育或工业等高精度应用中，具有重要的理论价值和实践意义。 论文的关键点包括阻抗显示技术、力的空间梯度概念、系统的稳定性维护以及操作透明度的提高。该研究的中图分类号为TP242.6，文献标志码为A，表明它属于工程技术领域的研究，对于相关领域的工程师和研究人员具有参考价值。