人机交互中的力/触觉设备进展综述

在虚拟现实和遥操作系统中,力/触觉接口是非常重要的人机交互设备.目前的力觉装置有外骨骼和固定设备、数据手套和穿戴设备、点交互设备和专用设备等,这些力觉装置中采用气动、液压、电机或磁场等驱动的主动式力反馈居多,也有基于液体智能材料的被动式力觉反馈.触觉的实现方法主要有由电磁(螺线管、发声线圈)驱动的机械振动,压电晶体、形状记忆合金驱动的探针阵列,气动系统,热力泵(塞贝克效应)系统等.     

盲文便利贴打印装置的设计与实现

针对当前专门为盲人设计的附带有产品信息识别功能的盲人用品比较匮乏之现状,设计和制作了一台盲文便利贴打印装置。盲文便利贴打印装置采用带龙门式机械结构的数控点胶控制系统并借助紫外固化成型技术,实现了在便利贴上快速生成有利于盲人触摸阅读的凸状盲文。经实例证实:该盲文便利贴打印装置具有很好的操作性,使用者无需学习盲文也能轻松通过该装置配备的汉盲翻译软件自动转换并输出规范的盲文,并以可贴附于目标物体表面的便利贴形式提供给盲人使用,且经紫外固化的点胶状盲文具有防水、耐磨的优点。     

基于触摸屏交互的指套式盲文再现系统

在当今信息时代，传统的纸质盲文书籍在传播知识方面存在很多不足，逐渐无法满足视障人士的盲文阅读需求。受可穿戴装置的启发，提出了一种基于触摸屏交互的指套式盲文再现系统。根据标准盲文的结构特点、视障人士感知盲文的方式，以及指套式装置对小型化要求，设计了一种新型的盲文点执行器，并通过有限元分析对其结构和参数进行了优化。性能分析和用户实验的结果表明，提出的盲文点执行器具有刷新频率高、功耗低和体积小等优点，并能够实现在最高位和最低位的锁止操作。提出的盲文再现系统将便携的指套式装置与数据可刷新的触摸屏相结合，并利用4个压电陶瓷执行器的振动触觉反馈引导手指在触摸屏上的运动方向，为视障人士提供了一种便捷阅读盲文的新途径。     

2自由度触觉交互装置驱动性能分析

触觉交互装置的驱动性能是衡量触觉交互装置设计成败的重要指标,也是触觉交互装置设计的主要依据。以自行设计的2自由度闭环触觉交互装置为对象,对触觉交互装置驱动性能进行了研究,提出了评价触觉交互装置正向和反向驱动性能的方法。在对机构进行静力学和动力学分析的基础上,给出了衡量驱动性能的具体指标。     

气动离合器的应用

本文主要介绍气囊型气动离合器(简称气动离合器)的主要结构、工作原理、特点、性能参数及其应用。一、主要结构与工作原理气动离合器,基本上包括两大部分,即驱动部分(离合器部分)和气控制系统部分。它是以压缩气体为能源,利用压缩气体     

两级膨胀器性能仿真

针对单级膨胀器的效率低下等缺陷,提出两级膨胀器的结构形式,并对其进行热力学和动力学分析,建立了数学模型。根据两级系统模型进行计算机仿真,结果表明:两级膨胀器在进气高压的工况下,高压气体膨胀更加充分,并符合膨胀器高扭矩、低转速的性能要求。此外,还选取若干个控制参数,研究其对气动效率和气动功率的影响。在相同的设计时速下,不同的进气行程比和传动比相匹配,系统的气动效率基本相同,且低负载率有利于提高系统效率;第二缸尺寸对系统气动效率影响不大,但对功率具有较大影响,需要选择适宜的尺寸。     

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.     

气动高压激励的阵列式盘型压电俘能器

提出了利用气动高压激励的阵列式盘型压电俘能器实现气体能量的转化,以满足低功耗传感器的自供能需求。通过压电单晶片将气缸内部高压气体能量转化为电能,设计了阵列式盘型压电俘能器的样机结构;结合气缸的正常工作状态,分析了压电阵列的工作原理并进行了相应的实验。理论分析显示:盘型压电阵列具有较高的电荷量与良好的电容性,适合对具有交变载荷的高压气体能量进行收集。采用外径为12 mm、厚度为0.2 mm的压电单晶片及缸径为63mm、行程为150mm的气缸制作了实验样机,利用气动组件模拟气体环境搭建了测试系统。分别调节压力、周期、流量等参数进行了实验测试。结果表明:在交变的气动高压激励下,阵列式盘型压电俘能器可较好地收集交变高压气体载荷能量,其最佳匹配电阻为600kΩ,最大的瞬时功率为1 052μW,输出功率可满足低功耗传感器的能量需求。     

基于能量转换的桥式气动节能回路研究

传统的气动驱动回路一般使用三位五通换向阀进行控制，压缩气体的利用率较低。针对这一问题，提出一种采用4个开关阀控制的桥式气动回路，以提高压缩空气的利用率。桥式气动回路节能的核心是充分利用压缩气体的膨胀能做功推动活塞运动。以活塞杆伸出行程为例，基于能量转换，根据活塞运行过程中进气腔和排气腔气体的做功来计算开关阀的开闭时序。对计算得到的开关阀开闭时序进行实验验证，并与传统的气动回路进行对比。实验结果表明，与传统气动回路相比，提出的桥式气动回路能够有效地提高气动驱动系统中压缩空气的利用率。     

基于51单片机的盲文助读器系统设计

因盲文书籍价格高,盲文出版物的品种和数量有限,难以满足我国900万盲人的阅读需求。设计了一种以微型步进电机为主体、PC机作上位机、单片机作主机和从机的盲文助读器,能将电子版的文字转化为盲文凸起形式。     

气动556型乘除器选用

本文主要介绍了在气体温度压力补偿系统中如何选用气动556型乘除器;同时介绍了该乘除器的调校,指出了气体流量温压补偿时应注意的有关问题。     

气动系统换向冲击压电俘能特性

为充分利用气动系统管路产生的压力冲击,提出了一种基于压电材料的正压电效应压电俘能器,搭建了基于该俘能器的实验测试系统,研究了气体压力、换向时间对该俘能器俘能特性的影响。结果表明,在气体动载荷激励下,压电俘能器内的压电片产生了弯曲形变,俘能电压与形变变化密切相关;气体压力值增大时,峰值电压、峰值功率升高;而随着换向时间的改变,峰值电压、峰值功率未有显著变化。     

航空发动机弹性箔片气体动压轴承技术研究及性能评价综述

弹性箔片气体动压轴承广泛应用于航空发动机中,在减少航空发动机功率损失、提高发动机可靠性方面具有重要作用。综述了国内外箔片气动轴承的研究现状,介绍了航空发动机箔片气动轴承结构的发展和应用特点,重点讨论了箔片止推轴承的理论研究现状,比较了不同箔片气动轴承润滑建模方法、润滑求解方法、收敛控制方法,指出了弹性箔片气体动压轴承在航空发动机旋转机械中的巨大应用潜力,提出了气动轴承技术今后需要重点开展的研究发展方向,主要包括箔片动压气体轴承理论建模及其模型求解、箔片气动轴承的实验研究及试验台架的搭建测试、箔片动压气体轴承设计及加工制造、轴承表面涂层技术的研究以及箔片动压气体轴承技术的应用等。     

变体飞行器及其变形驱动技术

变体飞行器可以根据飞行环境的不同,自主地改变气动外形,更有效地完成飞行任务,是目前国内外飞行器领域的研究热点之一。回顾了早期刚性变体飞行器、柔性变体飞行器及其变形驱动技术的发展过程。通过对应用于变体飞行器的各种智能材料及作动器的性能特点的比较,总结出一种新型的压电作动器——超声电机在变体飞行器变形驱动上的技术优势,提出了利用超声电机来驱动小型变体飞行器变形所要研究的关键问题。     

基于气动微流控芯片的新型智能痕量灌溉系统动态流量特性研究

提出一种基于气动微流控芯片的新型智能痕量灌溉系统，利用气动微流控芯片片上膜阀作为控水元件,阐述了新型智能痕量灌溉系统和片上膜阀的结构设计和工作原理，建立了新型智能痕量灌溉系统和片上膜阀的物理模型。对单个片上膜阀不同气体驱动压力、不同液流驱动压力下的出口流量，以及片上膜阀不同组合时的动态流量特性进行仿真分析，给出了不同情况下智能痕量灌溉系统出口流量和出口截面流速、压力分布等特性的分析结果。利用PDMS材料和软刻蚀技术对痕量灌溉系统控水元件进行封装，并对其流量特性进行了实验研究。讨论了在液流驱动压力为10 kPa、不同气体驱动压力时和气体驱动压力为0、不同液流驱动压力时，影响痕量灌溉系统流量的几种因素，并对实验现象进行理论分析。     

一种柑橘采摘气动伸缩机构的设计

介绍一种采用模块化设计的柑橘采摘气动伸缩机构,包括电池模块、电机模块、气体压缩模块、驱动控制模块、储气装置、气动伸缩杆等模块。通过锂电池提供动力,单片机控制电动机带动气体压缩模块产生高压气体,推动伸缩杆平稳伸缩。实现了单人多方位柑橘果实采摘的功能,有效解决了传统柑橘采摘过程需要梯子辅助、多次上下攀爬等问题。     

基于气动柔性驱动器的三自由度手指指端输出力特牲研究

三自由度手指由3个气动柔性弯曲关节串联而成,弯曲关节由气动柔性驱动器 ( FPA)驱动。关节驱动力矩的大小取决于各个关节FPA内腔中的压缩气体压力的大小。推导了手指运动学方程及力雅可比矩阵,分析了手指指端受力状况,建立了指端输出力与各个内腔气体压力增值之间的映射关系。对手指指端输出力进行了仿真研究和实验研究,实验结果与力模型结果基本吻合。     

内孔珩磨在线气动测量系统量程影响的仿真研究

气动测量具有精度高、测量力小、能够自洁、可以在比较恶劣的加工环境中使用的特点,因而被广泛应用于珩磨加工中。珩磨加工中的在线测量通常采用气动在线测量方法,但是,气动式测量的量程较小,制约着其在加工尺寸变化范围大的场合的使用。针对此种不足,基于FLUENT以气体介质参数为研究对象,并以差压型气动测量公式为基础,推导了气体粘度对测量量程的影响规律,进行了仿真研究。结果表明,气体介质的粘性影响了气动测量的范围和分辨率,正确选择不同种类的气体介质可以满足不同的在线测量要求。     

基于正交试验的静压径向气体轴承数值分析*

以气动涡轮支承结构静压径向气体轴承为研究对象,建立静压径向气体轴承的微分模型,利用工程数值方法计算轴承承载力、刚度和气体质量流量,运用正交试验法研究节流器参数对轴承性能的影响,以及不同优化方向下轴承的综合性能。结果表明：不同的优化方向节流器参数的敏感性不同,以气体质量流量为优化方向明显不符合设计需要,以承载力为优化方向得到的轴承综合性能最好;平均气膜厚度、节流孔直径和数量是影响轴承承载特性的主要因素,节流孔直径越小承载性能越好。     

气动汽车动力系统研究综述

气动汽车动力系统就是将储存的高压空气的压缩能转换成机械能的一种能量转换装置,工作时不消耗任何燃料,并且排除气体为干净气体,是真正零排放的环保汽车,可以有效解决环境污染。气动汽车的动力单元主要有3种类型：气动发动机、气动马达和涡轮机。文章对3类动力单元的结构特点和工作基本原理进行了分析并与传统内燃机比较,展望了新型空气发动机技术,对将来研究的重点具有参考价值。