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.     

基于有/无源混合执行器的力觉交互装置

针对虚拟现实系统中由有源或无源执行器单独驱动的力觉交互装置存在体积大、安全稳定性差和无法主动给操作者施加力等问题,提出了一种由有/无源混合执行器共同驱动的力觉交互装置.在分析无源流变电机结构、实现原理和性能的基础上,研究了基于无源流变电机/有源电机力觉交互装置的设计方法,其结构特点是输出力在有源电机和无源流变电机的共同驱动下产生.提出了基于混合执行器的力觉交互装置控制方法,构建了力觉交互平台并进行了实验研究.实验结果表明,基于有/无源混合执行器的力觉交互装置,不仅克服了基于有源或无源执行器力觉交互装置的缺点,还具有高保真性和输出力可控制范围大等优点.     

磁流变液装置及其在力反馈数据手套中的应用

在传统数据手套的基础上,利用磁流变液这种智能材料的力学性能,设计了一种带力反馈功能的新型数据手套。该新型力再现数据手套的核心部件是其硬度可控装置。文中对硬度可控装置的原理、结构和控制电路等进行了详细的阐述。在机器人遥控操作中,利用这种新型数据手套结合图形仿真,操作者能够在本地虚拟环境中,充分掌握远地机器人与真实环境之间相互作用的关系,实现良好的力觉临场感。     

基于液体智能材料的被动力反馈数据手套

磁流变液体是一种液体智能材料,在磁场作用下,其流变学特性能在毫秒级时间内发生剧烈的变化.利用磁流变液体的特殊性能,设计了一种新型力反馈数据手套.详细地阐述了组成该新型数据手套的力反馈装置,包括其原理、结构和控制电路等.在遥操作机器人系统中,利用这种新型力反馈数据手套,操作者能够在本地虚拟环境中,充分获取和控制机器人与环境之间相互作用,实现良好的力觉临场感.     

两自由度康复训练交互装置

针对手部康复训练设备主要由主动驱动器驱动导致的安全稳定性差、容易造成二次伤害等问题,设计了一种用于手部康复训练的被动驱动交互装置.首先简单介绍了被动驱动器的结构、实现原理,在此基础上提出了一种两自由度手部康复训练交互装置设计方法,该交互装置在支架上设置两根相互垂直并处于同一平面的轴,轴的两端分别连接被动驱动器和数字编码器,手柄在两轴的驱动下能在两维空间内运动并产生两自由度的力.接着分析了手柄受力与被动驱动器输出力的变换方法,最后设计康复游戏,与研制的交互装置配合,开展了脑卒中患者的康复训练试验,试验结果验证了康复训练交互装置对于手部康复训练的有效性.     

一种被动力反馈阻尼器及其模型研究

根据力觉反馈的需要,设计了一种基于磁流变液的阻尼器,并建立了模型。介绍了磁流变液阻尼器的设计方法,该阻尼器由上、下盖组成密闭的壳体,转子通过轴设置于壳体内,壳体内充满磁流变液,在磁场作用下磁流变液屈服应力产生变化,转子相对于壳体转动时阻尼力连续快速变化,分析了阻尼器阻尼力构成及其可控性,运用较为简化的方法建立了阻尼器的逆动态模型,利用研制的阻尼器原型设计了实验系统并进行了挤压柔顺性物体和碰撞刚体力反馈实验,实验中阻尼器能够实现大范围的力觉反馈,因此表明设计方法有效、模型正确。     

基于模块化的产业群集成制造研究

信息与网络技术的发展使产品制造呈模块化趋势,而模块化的企业以集群的方式形成了它特定的制造优势。本文运用模块化理论对产业群进行了模块化分析与评估,认为产业群是模块化与集成化的统一,是一种动态平衡;基于模块化的集成制造提高了产业群制造柔性及其企业的竞争力;实现产业群的集成制造就是在界面约束因子与柔性因子之间找到动态的平衡。     

新型智能材料在力/触觉反馈中的应用

新型智能材料电/磁流变液在电/磁场作用下,能够在几毫秒时间内由牛顿流体状态变为半固体状态.在简单介绍电/磁流变效应产生机理、特点的基础上,阐述了国内外几种典型的基于电/磁流变液体的力/触觉反馈设备的原理、结构和应用,比较了电/磁流变液的优缺点,总结了基于电/磁流变液设备的优势和存在的问题,展望了应用前景.     

常用玻璃量器检定中容量合格判定的方法

根据国家计量检定规程JJG 196—2006《常用玻璃量器》,结合实际检定过程中容量合格判定常出现的错误情况,文章阐述了六种常用玻璃量器的合格判定的正确方法,确保容量检定中量值传递过程的正确性,避免合格误判带来的影响。     

基于18-传感器数据手套手部交互模型的建立

虚拟现实技术应用到遥操作机器人系统中可以克服通信时延对系统的影响,其交互设备数据手套用作遥操作机器人系统的主端控制装置可以在人机交互中充分发挥手的自然性和灵巧性.介绍了美国Immersion公司生产的CyberGlove的特点及使用方法,接着分析了人体手部的生理结构,将手部运动自由度分解为手部姿态22个自由度和空间位置6个自由度.在建立虚拟手部模型的基础上,以具有18个传感器的数据手套作为手势输入设备,通过人体手部运动学模型建立了数据手套与虚拟手模型之间的联系,利用3DS MAX、OpenGL编程实现了人手与虚拟手模型的交互操作.