(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211075284.1 (22)申请日 2022.09.10 (71)申请人 天津大学 地址 300350 天津市津南区海河教育园雅 观路135号天津大 学北洋园校区 (72)发明人 李正箭　王子超　高宏伟　 (51)Int.Cl. B25J 11/00(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种基于力觉虚拟夹具辅助的遥操作机器 人打磨方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于力觉虚拟夹具辅助 的遥操作机器人打磨方法， 本方法首先根据实际 工况进行虚拟夹具的创建， 确定出符合实际加工 需求的虚拟 夹具形状； 在虚拟 夹具形状确定之后 的基础上， 需要对虚拟夹具位姿进行变换； 再将 虚拟夹具与力反馈主手间的工作空间进行匹配； 然后对虚拟 夹具与力反馈主手进行碰撞检测， 从 而对反馈力进行计算； 最后， 在虚拟夹具为操作 者在空间中提供磨削标尺的情况下， 从端机器人 将按照缩放比例在空间中复现夹具所约束的区 域， 即处于夹具禁止区域的铸件将被保护， 而其 余部分被磨削清理。 本发明用于解决当前大平面 铸件打磨效率低、 遥操作机器人无法实现曲面打 磨、 合模线打磨与铸件内孔打磨等问题。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 115284317 A 2022.11.04 CN 115284317 A 1.一种基于力觉虚拟夹具辅助的遥操作机器人打磨方法， 其特 征在于包括以下步骤： 本发明一种基于力觉虚拟夹具辅助的遥操作机器人打磨方法， 包括以下步骤： 步骤一： 在CHAI3D软件中调用虚拟环境显示模块功能， 所述的虚拟环境显示模块功能 采用FreeGLUT开源框架渲 染， 通过框架所提供的视觉空间、 摄像机、 渲 染切面和光源等元素 构造场景， 显示场景中的虚拟夹具及力反馈主手末端的图像。 步骤二： 在步骤一中所确定的显示环境中根据打磨铸件的实际工况不同创建虚拟夹具 的形状， 具体步骤如下： 第一步， 当涉及 打磨铸件平面与铸件浇冒口残留时， 创建平面型虚拟夹具， 在空间中创 建Mesh对象， 设置对象位置与姿态参数， 设置材料刚度为0.8最大刚度， 调用CHAI3D提供的 像素导入函数， 将平面图像导入夹具显示空间， 并将像素高度参数设置为0， 进行网格划分 并创建图像Mesh 。 第二步， 当涉及打磨包含曲面的铸件， 创建曲面型虚拟夹具， 在空间中创建Mesh图像并 进行网格划分， 在平面型虚拟夹具的基础上 添加像素高度参数。 第三步， 当涉及打磨铸件合模线， 可以创建立方体虚拟夹具， 为立方体铸件提供保护， 凹立方体夹具用于铸件合模线打磨， 凸立方体夹具用于保护铸件表面， 以立方体形状构造 Mesh图像并进行网格划分。 第四步， 当涉及打磨复杂铸件内孔时， 创建圆柱型虚拟夹具， 使用CHAI3D提供的基础图 形构造函数Pipe类对象， 设置圆柱内外面半径与圆柱高度， 划分网格后生成圆柱型虚拟夹 具。 步骤三： 在虚拟夹具形状确定之后， 对虚拟夹具位姿进行变换， 虚拟夹具以显示空间零 点为坐标原点参考， 调用虚拟夹具位置与姿态调整函数实现虚拟夹具在空间中的移动， 移 动单位为mm。 对于三维曲面型夹具， 夹具中心为平面几何中心， 对于圆柱型虚拟夹具， 其夹 具中心为圆柱 底面圆心。 步骤四： 将步骤一得到的虚拟夹具与力反馈主手进行工作空间的匹配， 提出一种按比 例缩放的工作空间匹配方法。 主手运动与缩放比例相乘后映射到虚拟空间， 通过调整缩放 比例适应大小不同的虚拟夹具。 步骤五： 对虚拟夹具与力反馈主手末端之间进行碰撞检测， 虚拟夹具碰撞检测算法采 用空间域碰撞检测算法中的轴对齐包围盒(A ABB包围盒)， 具体步骤为： 第一步， 对AB的根节点进行相交测试， 不相交则碰撞检测结束， 相交， 则进行 下一步。 第二步， 对根节点的所有子节点进行相交测试， 丢弃不相交部分， 对相交 的字树继续执 行本步操作， 直至所有子节点均不相交或检测到多边形网格结束。 步骤六： 对反馈力进行计算， 采用Ruspini和Khatib提出的 “finger‑proxy”算法实现反 馈力的计算， 具体步骤为： 第一步， 设定物理模型B与 “代理”模型A， 物理模型代表当前操作的末端的实际位置， “代理”模型为虚拟磨具， 将被网格阻挡。 第二步， 反馈力计算采用弹簧阻尼系统， 在物 理模型穿透虚拟夹具表面时， “代理”模型 与物理模 型分离， 在打磨过程中， 虚拟环境向力反馈主手发送反馈力的大小与方向， 力反馈 主手将反馈力反馈给操作者。 步骤七： 操作人员在力 觉虚拟夹具磨削标尺的辅助 下， 对力反馈主手进行操作， 操作末权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115284317 A 2端靠近夹具， 夹具将阻挡 “代理”目标穿透夹具， 将 “代理”点在空间中的位置发送给从端机 器人， 从端机器人对铸件实现精确磨削。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115284317 A 3