基于PDE方法的图像力触觉再现方法研究

针对基于图像的力触觉再现技术中目标的轮廓形状与细节纹理容易混淆从而影响判断的问题,提出了利用偏微分方程将图像的轮廓形状信息与细节纹理信息分离,然后针对各自特点分别采用不同方法进行力触觉渲染.其中轮廓形状信息采用SFS技术从二维图像中恢复出三维表面模型,并用God-object算法进行力触觉渲染;细节纹理信息则直接用图像灰度值计算法向力和切向力来进行力触觉渲染.实验结果表明,该方法可行,能够有效地减少基于图像的力触觉再现中的误判现象,提高操作者对虚拟环境的力触觉感知和识别能力.     

面向自然人机交互的力触觉再现方法综述

力触觉再现技术借助力触觉人机接口设备,提供了操作者与虚拟环境之间的力触觉交互,使得操作者能够主动地触摸、感知和操纵虚拟物体,从而有效增强了虚拟现实等系统的真实感和沉浸感,进一步拓展了虚拟现实等技术的应用领域。传统的穿戴式、力反馈操纵杆式力触觉再现设备在便携性、操作空间等方面存在局限性,随着计算机技术与消费电子的快速发展,面向自然交互的力触觉再现方法受到广泛的关注。评述了传统的穿戴式、力反馈操纵杆式力触觉再现设备后,重点阐述了非固定式和非接触式的两类面向自然交互的力触觉再现方法。在对比分析不同的力触觉再现方法之间的差异后,探讨了面向自然交互的力触觉再现方法的未来发展方向。     

指端可穿戴式力触觉交互装置设计与评估

可穿戴式力触觉交互技术作为力触觉交互技术的一个分支,可以为操作者提供更为真实、自然的人机交互体验。设计了一种指端可穿戴式力触觉交互装置,装置由穿戴于腕部的控制盒以及穿戴于指尖的部分组成,穿戴于指尖的部分重约30 g,尺寸为38 mm×31 mm×50 mm。装置采用连杆机构,可实现三自由度的力触觉反馈。装置使用蓝牙通信,具有小型轻便、穿戴方便的特点。通过方向感知与识别实验证明,装置可在指腹面产生8个有效的方向性信息,而且每个方向都可以为人所正确感知。此外,虚拟环境交互实验证明,装置可帮助人在虚拟环境中控制交互力的大小,并提高人机交互的效率。     

基于力触觉手柄的虚拟环境力反馈交互系统稳定性分析

基于力触觉手柄的虚拟环境(VE)力反馈系统在人机交互领域得到广泛应用,稳定性是系统正常工作的前提。首先将力反馈设备、虚拟交互环境以及操作者作为独立模块单独建模,再基于阻抗再现方法建立力反馈交互系统闭环控制模型,并利用赫尔维兹判据推导了系统稳定的条件,利用频率响应函数分析了刚度和阻尼、零阶保持器的信号保持时间间隔以及操作者阻抗对系统稳定性的影响,给出了虚拟刚度、虚拟阻尼以及操作者阻抗等影响因素的临界稳定条件。利用研制的力反馈触觉手柄构建了实验系统并进行了实验研究,针对不同的力反馈频率和不同的阻抗分析了不同条件下的系统稳定性。实验结果证明了理论分析的正确性。     

柔性仿生手指关节的触觉力/角度感知

柔性仿生机器人的感知功能实现需要传感器可集成且具备一定的柔性,否则由于顺应性不足很难得到良好应用效果。在本文中,作者将柔性仿生手指作为应用载体,探索一种基于液态导电金属的柔性触觉力/应变感知纤维,可完全贴合载体,同时实现手指指尖触觉力和关节角度两个物理量测量。具体来说,本文将液态导电金属注入到一定长度的预制硅胶软管替代常规的微流腔道制作,进而形成管状且可任意变形和布局的柔性传感纤维,实现检测不同的变形物理量（本文中利用其力和应变感知性能）,该方法在保证器件柔性和功能性的前提下也极大地降低微流腔道工艺的复杂性与繁琐性。最后,测量实验结果表明,基于液态导电金属的柔性传感纤维可嵌入并完全贴合柔性手指结构,并实现对手指的指尖触觉力感知（约1 600 kPa）和关节角度变化（约60°）同时感知及某一特定力/角度下的准确跟踪,展示了其作为柔性感知单元,可应用在更多类型的柔性或软体类应用载体的巨大潜力。     

力／触觉再现虚拟现实系统的实现方法研究

力／触觉再现技术通过提供给操作者作用力的感觉,极大地增强了虚拟现实系统的真实感,并且拓展了虚拟现实技术的应用领域。该文论述了由力／触觉设备、操作者和计算机仿真环境组成的力／触觉再现虚拟现实系统体系结构,分析了系统实现过程中需要着重注意的系统稳定性问题,包括操作系统引入误差、作用力计算刷新率和速度估算等。最后,结合Delta力／触觉设备,实现了基于PC机的力／触觉再现虚拟现实原型系统并进行了实验。对于力／触觉再现的深入研究具有指导意义。     

基于纹理图像和用户动作信息的纹理触觉再现方法研究

近年来,对虚拟表面纹理进行工具介导的振动触觉再现已经成为触觉领域的一个研究热点。 针对已有的纹理触觉渲染 方法还存在适用范围窄、泛化能力弱、交互真实感低等问题,以改进后的 MelGAN 为基本网络,构建了一种新的纹理触觉渲染模 型。 该模型以纹理图像和用户的实时动作信息为输入,在能够高保真地生成振动触觉信号的同时,对常见纹理图像拥有更好的 泛化能力。 此外,设计了一款具有动作信息实时采集和振动触觉表达功能的笔式装置。 在采集了数据库之外的真实纹理表面 的振动触觉信号后,比较了提出的模型与已有方法在信号生成方面的性能差异。 结果表明,模型实现了最低的均方根误差 (0. 173),验证了其对未建模纹理进行触觉渲染的能力。 最后,使用笔式装置进行了两项用户实验。 平均 6. 01 的主观相似度评 分说明,即使是数据库之外的新纹理,模型也能为用户提供较高的纹理交互真实感。     

基于力触觉感知与电刺激反馈的灵巧假手

针对生机电一体化灵巧操作假手这类典型共融机器人,开展结构优化、力触觉感知和临场感反馈功能重建的研究。为此,提出了一种用于欠驱动手指机构设计的交叉四连杆参数优化方法,该方法实现了手指运动轨迹最优、近指关节(PIP)扭矩与掌指关节(MCP)扭矩之比最大;提出了义肢手指与柔性压力传感器的集成设计方法,实现假手对抓握物体的实时力触觉感知;提出了基于电刺激的指端力触觉临场感反馈方法,实现对义肢抓握情况和握力的再现,增加操作者的本体感。该假手手指运动学与动力学仿真结果表明,所提出的连杆参数优化方法能够提升手指的抓握能力。对9名肢体健全受试者与1名前臂截肢患者进行灵巧假手控制试验,试验结果表明,所提出的指尖力触觉感知方法能够很好辅助受试者完成精细抓握控制;使用电刺激方式作为力触觉临场感反馈器具有更好的本体感知效果。同时,明显提升受试者在视觉受阻碍状况下使用假手完成抓取任务的成功率。     

基于电磁力控制的非接触式二维力触觉再现系统

力触觉再现提供了操作者与虚拟物体间的双向信息和能量交互,有效提高了虚拟现实等应用系统的真实感、沉浸感和 操作效率,成为人机交互的新兴技术和研究热点。 本文实现了一种新型的基于电磁力控制的二维力触觉再现系统,该系统由二 维背景电磁场产生和控制模块、指尖穿戴式永磁铁、人手位置检测模块和中央控制模块组成。 基于 ANSYS 有限元分析,确定了 系统中背景电磁铁线圈和指尖永磁铁的最优参数,获得指尖永磁铁所受电磁力与二维可控背景电磁铁驱动电流、指尖电磁铁位 置的映射关系,形成离线仿真数据。 提出了基于离线仿真数据实时插值的二维力触觉再现中电磁力控制方法。 在实现系统原 型的基础上,开展了作用力阈值感知基础实验和三维虚拟物体识别实验。 实验结果表明,两种三维虚拟物体的识别实验成功率 分别为 85. 7% 和 71. 4% ,有效验证了本文所设计力触觉再现方法的有效性。     

基于共享控制的人机灵巧力触觉交互系统设计与实现

人能够在复杂感知的相互协调下做出决策并完成灵巧操作。将视听觉和力触觉等不同模态相融合,可以提高操作者对虚拟场景或远程环境的感知,进而改善操作效果。如何协调人的操作和虚拟环境中目标机器人系统的自主性,则是人机交互中的一个关键问题。为此,本文基于Unity3D引擎建立了虚拟场景,并实现了omega.7力反馈平台与虚拟场景之间的通信。进而,创建了基于碰撞检测的虚拟距离传感器,实现了虚拟场景中目标机器人对周围环境的探测。然后,设计实现了人机力触觉交互共享控制算法,将人的智能决策与灵巧操作优势同目标机器人的自主算法相融合,使得目标机器人系统的控制权限可以在人手操作和机器人自主算法之间连续平滑转移。由此,实现了人与虚拟环境和目标机器人之间功能多样、场景逼真的视听觉和灵巧力触觉多模态交互,从而为医学、康复、军事、娱乐等领域中的人机交互提供了一种解决方案。     

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。     

基于PLC和触摸屏的高精度内圆磨床控制系统改造设计

使用松下FPO-C32可编程控制器(PLC)对MG2120内圆磨床的电气控制系统进行技术改造,采用威伦MT506L触摸屏作为操作面板,介绍了磨床的控制电路、PLC的I/O接线、触摸屏界面设计以及PLC的梯形图程序。完成技术改造后的内圆磨床在生产中工作稳定,操作更加简便,效率和产品质量都大大提高。     

触摸液晶显示器设计

提出一种具特定音效的触摸液晶显示器设计.利用TLV320AIC3254对音频信号做均衡处理,采用ADS7843和STC89C52设计串口控制器,采用gm5120和TM150XG-76N08实现硬件驱动设计.     

触摸屏结合PLC在压缩机性能测试系统中的应用

介绍了用PLC和触摸屏实现的压缩机性能测试系统的控制,控制系统以可编程控制器为控制核心,触摸屏为人机接口,使系统控制界面友好,简单直观,便于操作,在实际应用中取得了明显效果。     

基于触摸屏的花式喷泉控制系统设计

介绍了基于触摸屏的花式喷泉控制系统的主电路设计,控制电路设计,PLC程序设计,触摸屏组态等内容。     

龙门架式焊接机器人系统设计

针对特种马车底盘、大型地磅框架等大型焊接工件实际焊接需要,通过触摸屏和可编程控制器(PLC)将二维工作台与现有焊接机器人集成一体,设计一种龙门架式焊接机器人系统,并将其应用到地磅框架焊接中;给出机械和控制系统的详细设计方案。实际使用结果显示,该焊接机器人系统在保留现有焊接机器人焊接精度的同时,大大扩大了焊接工艺范围。     

基于PLC与触摸屏的玻璃清洗机控制系统设计

文章介绍基于PLC和触摸屏的玻璃清洗机控制系统的设计方案、系统组成、硬件配置和软件结构.硬件主要由S7-300PLC和TP170B触摸屏构成,软件采用STEP7 V5.3应用软件包和WinCC flexible 2004组态软件设计.实际运行表明,所设计的系统具有自动化程度高、可靠性高和人机交互友好等特点.     

基于触摸屏和PLC的燃气热风炉控制系统

本文介绍了燃气热风炉控制系统的功能、结构组成、硬件及软件设计方案.控制系统采用西门子S7-400系列PLC和MP277触摸屏,以STEP7 V5.4和WinCC flexible 2007软件为工具完成了软件部分的设计,可实现数据采集、故障报警、趋势曲线显示、现场设备监控等功能.