在虚拟现实力觉交互系统中,为提高系统模拟虚拟环境的能力,该文对系统建模和分析方法进行研究,基于系统分析结果,就虚拟匹配设计和力觉交互装置设计方法进行探讨.首先归纳了基于经验的线性一维机械系统向电网络的相似准则,该准则应用简单,而且保证当系统输入位置发生改变时,电网络阻抗与机械系统阻抗形式的相似和元素的对应.为更准确地描述力觉交互装置,对非直接驱动式力觉交互装置的建模考虑了传动刚度;基于操作者阻抗为被动的传统假设,进一步假设操作者作为行为主体,根据不同的操作对象,在系统中起到相应形式信号源和控制器的作用,在力觉交互中交互装置的形式决定操作者的操作模式;分析和定义了虚拟环境的系统属性和主导元素,主导元素将作为系统对该种环境模拟能力的指标.最后应用相似准则,构建不同信号流动方式下力觉交互系统的电网络模型.在操作者阻抗和虚拟环境阻抗被动的假设下,采用绝对稳定理论对系统进行稳定性分析,以简洁的形式给出了基于操作者驱动点阻抗或导纳的系统稳定判断条件.该条件体现为在任意操作者阻抗下,系统都能保持稳定的虚拟环境参数和力觉交互装置参数之间的关系.基于这个稳定条件和常规透明性条件,就阻抗再现和导纳再现方式在不同属性典型虚拟环境下的稳定性和透明性进行了详细分析和比较.在稳定的前提下,分析了力觉交互装置参数及操作者操作方式对系统响应特性的影响.对耦合多自由度机构进行操作空间单自由度等效建模分析,以PHANT oM Desktop为实验平台,就多自由度系统单自由度等效建模的合理性,及在此基础上的系统稳定性和动态响应特性分析结果进行实验验证.
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