题目：遥操作虚拟力觉的稳定交互控制

将虚拟现实技术应用到遥操作机器人领域可以提高系统的可操作性和作业精度。而力觉交互技术能大大增强虚拟环境的沉浸感和真实感，提高任务完成的效率和准确度。在国家自然科学基金（编号为60775051）的资助下，本文对虚拟环境中的力觉交互若干关键技术进行了研究，以构建和维护一个高保真的虚拟环境，从而给操作者提供实时、准确的参考信息。 本文首先针对传统柔性体变形算法动力学仿真不足的问题，提出了一种基于物理意义的复合变形算法。使用填充球模型来丰富柔性体的动力学性质，并将模型的局部变形和整体变形解耦。柔性体外表面采用弹簧-质点模型，通过虚拟力的分层渲染，增强操作者的触觉感受。同时采用Shape Matching算法对模型的重心位置进行修正，解决变形由局部向全局传递而带来的形变滞后问题，提高柔性体力觉交互过程中动力学仿真的准确性。 然后本文实现了一种由位置信息驱动的力反馈虚拟环境建模方法，将接触力的计算与柔性体变形仿真解耦，使得虚拟力的计算不再依赖于柔性体变形的结果。同时给出了虚拟环境下力反馈设备与柔性体模型单点接触和多点接触的力觉建模方法和动力学分析结果。仿真实验验证了本方法构建和修正遥操作系统虚拟预测模型的可行性。 接着针对力反馈设备在大刚度环境稳定性和透明性下降问题，提出一种力觉渲染与反馈的自适应算法。通过改进虚拟墙壁模型引入力的空间梯度，根据力信号随末端位置的变化率来自适应选取不同的控制策略，对大刚度环境下的力觉输出进行渲染。此外将一种保证系统稳定性的控制算法运用到力反馈设备在低刷新频率下的插值补偿，不同于数值插值，此时的结果满足系统稳定性的要求，从而增强了力反馈设备在低刷新频率下的表现。 最后本文针对具有末端位姿约束的冗余度机器人，给出一种实现障碍回避的新方法。将虚拟力和多体动力学引入到冗余度机器人的自主避障中。机器人在避障力、任务路径吸引力等综合作用下实时地回避障碍物。避障算法对机器人的工作区域进行划分，并且实现了对末端关节避障力的精确计算。该方法使障碍回避过程不再依赖于运动学优化，提高了系统的实时性。