触觉显示技术及其发展趋势

首先阐述了触觉显示技术相关的触觉生理和触觉现象,然后介绍了触觉显示所采用的振动刺激、电刺激、射流刺激、气动刺激和顶针刺激等技术手段的现状,以及触觉语言设计问题,最后总结了触觉研究领域的热点方向和发展趋势,并对融合触觉、彩色触觉、时空触觉、斜坡触觉和多模接口等做了简要介绍.     

力觉临场感遥操作机器人技术研究进展

人机交互式机器人作为最具实用价值的特种机器人已成为当前机器人学研究的前沿和热点.临场感(telepresence)技术是人机交互的核心.对临场感遥操作机器人技术的发展和现状作了回顾,对力觉临场感谣操作机器人的三大关键技术:传感技术、力反馈与触觉再现技术、大时延下的虚拟预测环境建模技术等进行了综述;对临场感遥操作机器人技术的最新前沿即基于生物电信息的人机交互技术进行了介绍;最后并介绍了东南大学仪器科学与工程学院机器人传感与控制研究所近10年来开展临场感遥操作机器人技术研究及应用所取得的成果.     

触觉传感器与电子皮肤研究进展

触觉传感器是机器人与环境交互的重要元件,是机器人与环境之间不可或缺的介质。近年来,触觉传感器在医疗设备、生物力学、健康监测等领域的应用成为研究热点。文中回顾了过去50年来国内外机器人触觉传感技术的研究情况及成果,介绍了不同传感机理的触觉传感器及其特点以及仿生触觉传感器电子皮肤的研究现状,指出了触觉传感器全柔性化、多功能化、自供电的未来发展方向。     

面向触觉图文实现的显示系统设计

为帮助盲人或视觉障碍人通过触摸达到学习和感受的目的，设计了触觉图文图像显示系统。触觉图文信息主要来源于视觉图文，研究了视觉-触觉图文转换以及与人体的触觉特性相适应的触觉数据结构。介绍了面向图文图像触觉显示系统。结果表明该系统可以实现2D、3D灰度图像的再现，使用者可以真实地识别图文图像信息。此外，扩大了面向图文信息的触觉显示的应用领域。     

面向触觉图文实现的显示系统设计

为帮助盲人或视觉障碍人通过触摸达到学习和感受的目的,设计了触觉图文图像显示系统.触觉图文信息主要来源于视觉图文,研究了视觉一触觉图文转换以及与人体的触觉特性相适应的触觉数据结构,介绍了面向图文图像触觉显示系统.结果表明该系统可以实现2D、3D灰度图像的再现,使用者可以真实地识别图文图像信息.此外,扩大了面向图文信息的触觉显示的应用领域.     

智能机器人三向力触觉传感技术的发展和应用

本文讨论了关于三向力触觉传感技术在智能机器人学中的发展和应用,列举了一些三向力触觉传感技术的应用实例,对该领域的发展方向阐明了自己的观点。     

纹理触觉再现技术的研究现状及发展

物体一个非常重要的触觉特征是它具有表面纹理信息,人们可以通过触摸物体获得这种感觉.在虚拟现实或遥操作领域,将虚拟的或远地的物体的纹理信息再现并作用于操作者手部,不仅可以增强系统的临场感,而且可以帮助操作者识别不同特性的虚拟物体.触觉再现技术近几年已成为虚拟现实和遥操作领域研究的前沿技术,文中介绍了当今世界上仅有的几种可以再现纹理触觉的方法,并比较他们各自的优缺点.最后,指出纹理触觉再现技术的发展思路.     

气室结构触觉传感器的研究

为了解决机械手触觉传感问题,介绍了一种气室结构触觉传感器及信号处理系统,并分析了传感器的结构及敏感原理和相应的信号处理方法。传感系统采用金属弹性元件为敏感器件,传感区域充满气体,当有物体触及时,弹性片将产生变形,变形信号通过光导纤维传输至信号处理器,CCD光电转换器将光信号转换为电信号。处理系统分析判断触及物体的大小、位置。阐述了传感系统所具有的体积小、触点多、灵敏度高等优点,并提出了应用设计方案。对于机械手触觉传感领域的研究具有一定的参考价值。     

柔性触觉传感器的三维打印制造技术研究进展

聚合物基柔性触觉传感器在智能机器人、人工假肢与人体健康状态监测等领域有着广泛的应用,将三维打印技术应用于柔性触觉传感器的制造过程可以克服传统制造方法加工周期长、复杂聚合物基微结构制造困难等缺陷。因此发展聚合物基触觉传感器的三维打印制造技术及工艺是当前的学科研究热点,具有广阔的发展前景。首先,在阐述柔性触觉传感器的传感检测原理和性能指标的基础上,重点阐述了柔性触觉传感器三维打印制造技术方面的最新研究进展,包括聚合物基柔性触觉传感器的结构设计、三维打印材料的分类和应用、以及传感器的打印制造方法及工艺等。然后,还总结预测了基于新材料制备和新制造工艺的柔性触觉传感器设计与制造的发展趋势,并对柔性触觉传感器的三维打印制造技术未来的发展趋势进行了展望。     

水射流机器人触觉临场感再现技术研究

介绍了一种新型水射流机器人触觉再现技术.该技术采用水射流提供机器人临场感触觉再现所需的压力刺激,触点阵列各触点处有一个与压力水源相连的开口水射流喷头,喷头与压力水源之间有电磁阀控制水射流的通断,当需要通过触点阵列为操作者提供触觉感觉时,触觉阵列相应触点处的喷头即与压力水源连通并喷射压力水流,水射流在操作者的皮肤表面形成压力斜坡,从而使操作者获得触觉感觉,由于水流可以带走皮肤表面的能量,因此操作者皮肤表面水流接触处还将形成温度斜坡触觉.压力斜坡和温度斜坡共同作用可以为操作者提供压力温度融合触觉感觉.     

触觉显示器及其振动激发方式

触觉再现作为下一代虚拟现实技术已成为国际上的开发热点。触觉再现就是通过控制触觉显示器的某种物理效应提示,让手指在触摸时产生相应的触感,从而实现人机触觉信息的交互。该文介绍了触觉显示器的基本工作原理,综述了几种比较典型的触觉显示器激发方式,指出了触觉显示器的发展趋势。     

基于光纤光栅的机械手指触滑觉传感研究

针对机械手指柔性触滑觉传感问题,提出了一种基于光纤光栅的二维分布式传感阵列的触滑觉传感方法,该方法采用两根平行放置和一根倾斜放置的光纤光栅传感器组成传感单元,利用弹性材料封装增强光纤光栅对压力的灵敏度,并以单元阵列的方式实现对触觉三维力、滑动方向以及滑移位置的感知。仿真和实验结果表明,该方法可以很好地实现对触觉正向压力和剪切力的传感,其中正向压力在0~3.691 9×103Pa的范围内灵敏度为Kp=0.194 pm/Pa,x正向剪切力在0~1.115×103Pa的范围内灵敏度为Kpt=0.03 pm/Pa。通过对传感阵列中不同光栅中心波长漂移的上升沿和峰值时间差实现对物体x轴的滑移方向的判断。该方法可以很好地实现对机械手指触滑觉信息的测量,具有一定的应用价值。     

柔性触觉传感阵列力觉标定及加载系统

为解决现有触觉力标定系统不易实现对柔性触觉传感阵列中任意触觉单元进行标定,且存在精度低、不易操作等弊端,设计并研制了一种柔性触觉传感阵列力觉标定及加载系统。利用STM32F103VET6高性能微处理器控制步进电机以联动S型高精度压力传感器实现二维力的精确加载与标定,并将标定信息于上位机实时图形化显示。介绍了标定平台的结构特点、工作原理及系统软硬件设计,通过对系统误差分析及平台标定测试,可实现二维力加载范围0~50 N,法向与切向精确度为0.18%FS。触觉力加载应用实验表明,该加载平台具有较高的测量精度和较强的实用性,为不同结构单元的柔性触觉传感阵列二维力标定及加载提供了便利。     

基于有限元接触变形的光波导三向力触觉传感系统

通过有限元分析方法对一种新型光波导三向力触觉传感系统进行理论探讨和仿真实验，提出相应的数学模型，并设计专门的实验传感系统，实验数据结果验证了理论分析，从而在理论和实验上证明了该新型光波导三向力传感方案的可行性。     

Tactile sensors for robotic applications

In this paper, the authors look at the domain of tactile sensing in the context of Robotics. After a short introduction to support the interest of providing robots with touch, the basic aspects related with tactile sensors, including transduction techniques are revisited. The brief analysis of the state-of-the-art of tactile sensing techniques that follows provides indicators to conclude on the future of tactile sensing in the context of robotic applications.     

机械式点阵触觉显示系统

设计了一种用于视障人士电子阅读的机械式点阵显示系统。该系统通过小棘爪锁定显示针的不同位置以保持触点的状态,采用Z向驱动器配合XY移动平台顺序控制每个显示针的凸起,而后由复位驱动器统一复位,从而实现系统中多个触点的凸起和平整状态的自动切换。实验结果表明：采用单个Z向驱动器的系统可在1分钟内完成54个触点的凸起和平整状态自动转换。