一种新型电触觉再现阵列的研制

触觉再现技术是遥操作智能机器人发展的急需。如何使操作者舒服有效地感受远地触觉信息是遥操作智能机器人研究中亟待解决的关键问题。论文在长期触觉再现实验研究的基础上提出了一种新型具有半圆头形刺激电极的电触觉再现阵列，实验表明，该电触觉再现阵列可以明显地改善操作者的电触觉感受，具有非常重要的应用价值。     

基于微循环检测的触觉感知度测量方法

研究电刺激方法对指端微循环的影响,提出了基于指端微循环状况检测的触觉感知度测量方法,详细阐述了其基本原理和实现方法,并给出了相应的原理框图,实验表明,基于微循环方法测得的触觉感知度与刺激电流之间呈现较好的一致性。     

电触觉皮肤机理仿真与刺激模式量化评估

电触觉是目前虚拟现实技术触觉实现方法的重要手段,然而由于缺乏触感量化和不同刺激模式下同种触感再现效果比较方法,一定程度上阻碍着电触觉应用的广泛开展。本文以经典电刺激模型为基础,研究了不同刺激模式下3种皮肤机械感受器(Meissner触觉小体,Merkel触盘和Pancinian环层小体)的刺激响应,分析了3种机械感受器最优刺激范式,以及电极间距、数量等参数对于不同感受器响应的影响。首次引入神经纤维电位传导模型、对电触觉触感强度分级实验的机理和影响因素进行了理论分析和仿真实验,并以此为基础设计了不同刺激模式的实现方式。最后通过指尖电触觉心理学分级实验评价了不同模式下感受器的刺激效果,得到了对于两种感受器(Meissner触觉小体,Merkel触盘)独立刺激的最优刺激范式,为进一步提高电刺激触觉再现效果提供了理论和实验支持。     

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。     

具有应变式触觉传感器的机器人柔顺指端

针对机器人抓握处于重力场中的等截面均质杆件操作,提出一种具有应变式触觉传感器的机器人柔顺指端的结构。在机器人平行抓握中,利用金属弹性薄板做弹性元件,应变片做触觉触感单元,实现对物体的长度和质量的感知,在指端的表面封装电流体实现软／硬抓握,另外,着重讨论了抓握系统的传感原理,试验表明,这种机器人指端具有良好的识别能力和稳定抓握能力。     

基于电致振动效应的大面积多模态触觉再现系统

因大面积、多模态(力触觉、视觉等)融合的触觉再现终端具有较高的沉浸感和交互真实感,已成为该领域研究热点。基于高压驱动源、ITO导电层、绝缘膜等产生的电致振动效应,结合光学手指位置检测模块以及LCD显示模块,实现了基于摩擦力控制的触觉再现和视觉再现融合的多模态人机系统。通过手指摩擦力等级区分实验和静态场景虚拟物体纹理感知实验,验证了该触觉再现系统的有效性和真实性。     

无线机器人电触觉再现装置的研制

论文介绍了一种基于时空双通道的无线机器人触觉临场感再现装置。该装置时间通道的刺激电流控制信号由MP3播放器通过音波播放的方式提供，空间通道的触点选通信号则由计算机通过无线遥控模块进行控制。电触觉再现装置在硬件上独立，与计算机无任何连线，功耗低，安全可靠，具有较高的应用价值。     

可视化触觉再现中变形计算的建模与实现

可视化技术用于触觉再现显著加强了力触觉再现的交互性,具有广阔的应用前景.触觉可视化的显示效果很大程度上取决于虚拟物体建模方法和受力变形的计算方法.文中以类椭球体作为研究对象,选择有限元方法,进行了物理建模和变形计算,并利用VC+ +对ANSYS进行二次开发,设计了类椭球体变形显示软件.实验表明该软件可视化程度高,交互性好、显示效果真实,为柔性物体可视化触觉再现系统的深入研究奠定了基础.     

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。     

基于复合帕尔贴模块热触觉再现装置研究

设计了一种基于复合帕尔贴模块的改进型温度触觉感知再现装置。首先分析了手指接触复合帕尔贴装置表面时的热传导过程,并根据热网络分析法建立了基于复合帕尔贴模块的热触觉感知模型;据此设计了一种通过控制复合帕尔贴模块表面温度变化来模拟温度触觉过程的装置,复合帕尔贴装置由两个20 mm×20 mm的帕尔贴模块重叠放置构成,通过对上下层帕尔贴模块输入电流分别控制,实现了比单层帕尔贴模块更为快速的升降温速率和更大工作温度区间;最后,通过热图标辨别实验,分析了将温度触觉感知再现应用于特殊人群导航的可行性。