此部分研究在於建立家用機器人之遠端操控系統，操作者透過網路，傳達命 令給家用機器人，而機器人在家中與物件及環境的互動則經由電腦以影像的方式 以及力回饋搖桿以觸感的方式呈現給操作者．我們將以虛擬實境技術來產生遠端 呈現(Telepresence)，讓遠端操作者獲得身處家中的感覺，也將發展力回饋搖桿，
讓操作者同時能感受到機器人與環境接觸碰撞的互動，而在家中變動、不確定的 環境中，碰撞接觸是無可避免的，此外，也將發展一兩軸機器臂來執行物件搬動、
組裝等工作，由於機器人與環境會同時產生位置與力的互動，也將發展因應的順 應性控制策略。系統架構與控制流程如圖四十所示。
圖四十 虛擬實境家用機器人遠端操控與呈現系統架構圖
在建構虛擬場景時，需要多種的 3D 物件，我們運用 3D Studio Max 軟體來 建構模型，因為此軟體可執行多種檔案的匯入及匯出的功能，另外我們採用 WorldToolKit 7 軟體工具，它可以將我們利用 3DS 所建構完成的幾何物件匯入到 場景中，讓幾何物件可以呈現在虛擬場景中，另外也可以將事先錄製好的音效載 入到場景中，讓虛擬實景更為生動逼真。圖四十二(a)-(b)我們是針對家用機器人 繪製，其實際外貌如圖四十一所示。
在人類的視覺感受中，為了要讓人感覺畫面流暢，至少每秒需繪製 20 到 30 個畫面，也就是虛擬實境的更新頻率需要 20-30Hz 左右；在觸覺呈現方面，其取 樣頻率範圍約在 300 –1000 Hz；所以如果要同時在模擬迴圈中傳送並呈現出視覺 及回饋力，讓它在相同的模擬控制迴圈中，會因為無法提供足夠的頻寬，而可能 會造成回饋的力不穩定，讓操控者會因所回饋的力不連續而感覺不舒服，所以觸 覺上其更新頻率必須夠快，才可滿足人類對觸覺的需求，因此我們利用多執行緒 的技巧來解決這問題。
圖四十一 真實家用機器人 圖四十二 虛擬家用機器人：(a)側視圖和(b)前視圖
(a)側視圖 (b)前視圖
當機器人與家庭環境中的設備、物品等互動、接觸時，彼此之間會產生位置 變，簡稱FFD (free-form deformation)，FFD讓使用者將要改變外形的幾何物體放 置於一個3維的平行六面體的框架中，構成這平行六面體的頂點稱之為控制點，
(a) 壓擠之互動行為 (b) 側邊壓擠之互動行為
(c) 夾擠之互動行為 (d) 抓取之互動行為
圖四十三 機器夾爪與彈性物體的互動過程：(a)壓擠之互動行為, (b)側邊壓擠之 互動行為, (c)夾擠之互動行為,和(d)抓取之互動行為。
測機器人與彈性物體間的碰撞情形，一但發生碰撞，則產生適當的碰撞響應行為 來模擬它們之間的互動情形，在互動的過程中，彈性物體所產生的反應，包括物 體形變與運動，將由幾何與物理模型來描述，最後透過視覺與觸覺裝置，將模擬 結果的形變外觀和所產生對應的回饋力呈現給使用者來感受。圖四十三(a)-(d)即 我們在虛擬實境中模擬物體形變的行為。
當透過網路來操控遠端的機器人系統去執行順應性工作時，可能會因為存在 於網路的變動時間延遲的關係，造成遠端機器人的錯誤動作以及整個操控系統的 不穩定；另外，延遲過後的回饋訊號也可能使操作者誤判遠端的真實狀況，近而 下達不當的命令，造成遠端的機器人系統和環境之間產生不當且不穩定的接觸力 而造成機具的損壞。我們發展一套雙向控制策略來改善時間延遲造成系統不穩定 的問題，並且利用此一控制策略來使得利用遠端操控系統執行順應性工作時，遠 端機器人系統能夠穩健的跟隨操作者給定的命令並且與環境接觸時能維持接觸 力的穩定，所以我們提出以虛擬實境為基礎之雙向遠端操控系統控制架構如圖四 十四所示。
我們以圖四十四的架構，在模擬中測試以虛擬實境為基礎的預測技術，其模 擬結果如圖四十五所示，由模擬結果我們成功的在近端提供即時的遠端機器人軌 跡及接觸力的預測資訊。
圖四十四 抗時間延遲以虛擬實境為基礎之雙向控制系統方塊圖