[发明专利]一种运动刚度优化的触觉力反馈仿真交互方法及装置

权利要求书

1.一种运动刚度优化的触觉力反馈仿真交互方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、仿真出初始化质心位置重合的两个三维几何模型；其中，一三维几何模型为静态模型，另一三维几何模型为可移动的运动模型；

S2、移动所述运动模型与所述静态模型发生连续碰撞，并基于局部接触力优化原则，给所述运动模型与所述静态模型之间每次碰撞及分离赋予预定矢量方向，且进一步结合预设的穿透深度距离计算方法，计算出所述运动模型与所述静态模型之间每次碰撞再分离时基于预定矢量方向上的最小距离；

S3、构建弹性刚度、阻尼常量与最小距离相关联的动力学控制模型，并将所计算出的最小距离代入所述动力学控制模型中，得到每次施加给所述运动模型的力的大小；

所述步骤S2中，所述预设的穿透深度距离计算方法通过公式PD^σ(A，B)＝{min[σ(q,o)]||interior(A(q))∩B＝φ,q∈C}来实现；其中，

A和B为相互重叠的两个三维几何模型，其初始质心与世界坐标系保持初始化一致，且A模型为运动模型，B模型为静态模型；C为其组态接触空间，用以表示运动模型A的非碰撞空间位置集合；

x(q)表示一个点在运动模型A上的位置为q；[q₁,q₂,q₃]是一个四元数的向量部分，表示位置q₀和q₁相对方向上的变化；[q₄，q₅，q₆]表示位置q₀和q₁之间的相对位置变化；I_xx、I_yy和I_zz是运动模型A的惯性常量矩阵的对角线；V是运动模型A的体积。

2.如权利要求1所述的运动刚度优化的触觉力反馈仿真交互方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述运动模型通过绑定触觉设备手柄或鼠标进行移动。

3.如权利要求1所述的运动刚度优化的触觉力反馈仿真交互方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述动力学控制模型通过公式来表示；其中，

n为[1～2]之间的一个无单位常量，用于反应不同材料和接触面的几何特性；Kx是基于位置的弹性刚度；Bx是基于位置的阻尼常量；x是最小距离。

4.一种运动刚度优化的触觉力反馈仿真交互装置，其特征在于，包括：

仿真模型单元，用于仿真出初始化质心位置重合的两个三维几何模型；其中，一三维几何模型为静态模型，另一三维几何模型为可移动的运动模型；

穿透深度距离计算单元，用于移动所述运动模型与所述静态模型发生连续碰撞，并基于局部接触力优化原则，给所述运动模型与所述静态模型之间每次碰撞及分离赋予预定矢量方向，且进一步结合预设的穿透深度距离计算方法，计算出所述运动模型与所述静态模型之间每次碰撞再分离时基于预定矢量方向上的最小距离；

触觉力反馈单元，用于构建弹性刚度、阻尼常量与最小距离相关联的动力学控制模型，并将所计算出的最小距离代入所述动力学控制模型中，得到每次施加给所述运动模型的力的大小；

所述预设的穿透深度距离计算方法通过公式PD^σ(A，B)＝{min[σ(q,o)]||interior(A(q))∩B＝φ,q∈C}来实现；其中，

A和B为相互重叠的两个三维几何模型，其初始质心与世界坐标系保持初始化一致，且A模型为运动模型，B模型为静态模型；C为其组态接触空间，用以表示运动模型A的非碰撞空间位置集合；

x(q)表示一个点在运动模型A上的位置为q；[q₁,q₂,q₃]是一个四元数的向量部分，表示位置q₀和q₁相对方向上的变化；[q₄，q₅，q₆]表示位置q₀和q₁之间的相对位置变化；I_xx、I_yy和I_zz是运动模型A的惯性常量矩阵的对角线；V是运动模型A的体积。

5.如权利要求4所述的运动刚度优化的触觉力反馈仿真交互装置，其特征在于，所述动力学控制模型通过公式来表示；其中，

n为[1～2]之间的一个无单位常量，用于反应不同材料和接触面的几何特性；Kx是基于位置的弹性刚度；Bx是基于位置的阻尼常量；x是最小距离。