小型化柔性触觉再现装置

提出了一种小型化的具有实时触觉反馈作用的人机接口装置的设计方法,以控制弹性梁的有效变形长度为核心,保证了触觉再现的实时性和准确性,从而可以在操作者指端大范围再现虚拟对象或远程对象的刚度。介绍了该小型化人机触觉再现接口装置的硬件设计和软件设计。该实时触觉再现接口具有尺寸小、刚度再现范围大,可方便与鼠标相结合等特点,可广泛应用于遥操作机器人和虚拟现实领域。     

基于混合驱动的柔顺性触觉接口装置

针对目前柔顺性触觉接口设备存在的容易失真的问题,提出了一种基于电机和磁流变液混合驱动的柔顺性触觉接口装置。在简单介绍了磁流变液的基础上,讨论了基于磁流变液被动驱动器的结构和原理,该驱动器采用多转子设计思路以增大力输出范围。利用磁流变液驱动器能够模拟肌体组织的黏滞性,电机能够模拟肌体组织的弹性,将驱动器与电机串联实现肌体组织的柔顺性再现,同时利用电机补偿驱动器非有益阻尼力,增强装置的保真效果。在此基础上设计了柔顺性触觉接口装置,对装置模拟自由空间、不同的变形程度柔顺性物体受力进行了介绍,分析了装置的控制方法,最后加工了触觉装置原型,开展了不同柔顺度虚拟肌体组织柔顺性再现实验,实验结果验证了所设计装置及控制方法的有效性。     

基于磁流变液的力/触觉再现系统研究进展

力/触觉再现技术是当前新兴的研究领域.介绍了最近10年来基于磁流变液的力/触觉再现系统的国内外研究进展情况.总结了基于磁流变液的力/触觉再现技术的研究内容,包括执行装置的结构设计、模型研究以及再现系统控制研究,讨论了基于磁流变液的力/触觉再现系统开发过程中的关键技术.如提高便携式触觉接口中执行装置的力矩/重量比.减小静态力、克服被动系统力/触觉表达局限性,指出了今后发展的趋势.阐述了基于磁流变液的力/触觉再现系统的优势,并展望了其应用前景.     

基于摩擦力控制的触觉再现系统研究

作为新兴的人机交互技术,触觉再现技术能够再现虚拟物体的表面特性,提高虚拟现实系统的真实性。在目前现有的触觉再现技术中,基于摩擦力控制的触觉再现技术能够实现连续的、精细的纹理触觉再现,已成为触觉再现领域的一个研究热点。因此,设计一套基于摩擦力控制的触觉再现系统就显得尤为重要。基于此,文中利用空气压膜效应原理,设计了一套基于摩擦力控制的触觉再现系统,该系统能够实现虚拟纹理的触觉输出。文中首先描述了空气压膜效应的产生机理,然后详细讲述了该触觉再现系统的整体构成,最后,通过一系列的触觉感知实验验证了该系统的有效性。     

基于音波技术的时空双通道机器人触觉再现系统研究

介绍了一种基于音波播放的时空双通道机器人触觉再现系统.系统采用音波播放技术提供触觉再现所需要的电流刺激信号和空间触点选通信号.时间通道的电流刺激控制信号和空间通道的触点选通信息均由音波处理软件根据系统需要预先设计生成.计算机声卡输出的双声道音波信号分别对应于时空两个通道的控制信息.上述信号进一步处理后将提供触觉再现刺激电流并选通相应触点.该触觉再现系统能够为操作者提供温和舒服的触觉感受.     

基于RTX的力/触觉再现系统实时性实现方法研究

针对虚拟环境力/触觉再现系统中作用力计算的实时性要求,研究了Windows操作系统下循环控制的实现方法:时间查询法、多媒体定时器法和基于实时扩展RTX(real-time extension)的方法.利用Delta 6-DOF力/触觉手控器建立了一个基于PC的力/触觉再现原型系统,分别在系统空载、并存网络通信、并存音频播放和并存视频播放4种系统负载状态下对3种实现方法进行了实验.实验结果表明,基于RTX的方法能够获得较理想的实时循环控制性能,适用于力/触觉再现等需要较高实时性计算循环的应用系统.     

柔顺性触觉再现技术的研究

柔顺性触觉再现的研究难点主要集中在对触觉机理了解不深入、动态的感知过程、装置性能有限等方面.介绍了当前几种有代表性的柔顺性触觉再现装置:基于电流变液的触觉再现装置、气囊触觉再现装置、气动阵列触觉再现装置和基于弹性梁触觉再现装置.在此基础上讨论了这些装置的优缺点,并进行了比较.最后总结了柔顺性触觉再现技术的发展思路.     

一种虚拟环境温度触觉再现仿真系统设计

分析了温度触觉感知特性,提出了手指和物体接触时各自表面的温度变化过程,结合单热源温度触觉再现装置设计了一种基于三维力反馈手控器的虚拟环境温度触觉再现仿真系统。手控器可控制虚拟手的动作,对虚拟物体进行温度和力的感知。仿真系统中能再现手指与不同热属性物体接触时的温度变化和力变化,且视觉效果逼真,体现了温度触觉再现的实时性和有效性。     

基于TCP/IP的远程触觉交互系统力反馈数据传输方法

时延、丢包是影响远程触觉交互性能和用户体验的重要因素。以实时传输和真实再现力反馈数据为目的,提出了一种基于TCP/IP的实时力反馈数据传输方法,该方法通过时延处理和插值预处理降低网络通信过程中对远程触觉感知造成的不利影响实验结果证明,该方法有效地解决了远程触觉交互系统中实时力反馈的信息再现与信息交互问题,在远程医疗、远程教学、虚拟现实等领域具有重要的应用价值。     

基于位移控制的线圈自动绕线系统研究

在电磁式力触觉再现系统中,电磁铁线圈绕制质量的好坏直接决定了力触觉再现的真实感和沉浸感。该系统基于手摇绕线机、步进电机、电缸平移台、张力控制器、STM32单片机等模块,设计开发了大尺寸电磁铁线圈自动绕制系统。研究了以STM32为核心的精准排线控制算法,实现了大尺寸空盘片骨架自动绕线排线工作。以实际绕制的线圈为研究对象,通过与人工绕制线圈的效果对比,验证了排线算法的可靠性和稳定性;通过测量线圈的电阻值与理想值的对比,证明了线圈绕制质量的可行性。该系统为大尺寸线圈绕制提供了有效的解决方案,对促进力触觉的发展具有重要的研究意义。     

组态王电力版在电力调度系统的应用

基于组态王（KingView）电力版软件开发设计,实现与DCS系统和ABB的MicroSCADA系统进行数据的采集和实时监测,并由配套软件CDT完成关键数据的上传功能。该系统汇集了集散控制技术、数据库技术、计算机接口技术于一体,实现了系统的动态数据显示、数据记录和转发,并提供友好的人机界面,可靠性高,可维护性强。     

智能家居虚拟场景设计与实现

面向智能家居应用,以Unity 3D为虚拟现实开发平台,给出了用虚拟智能化家庭场景实现虚拟场景家电设备及环境监测设备的模型设计。平台中的虚拟人可以在虚拟场景中自由漫游,并且通过虚拟人手中的终端设备,实时家电控制并获得环境监测设备的实时数据,使得家庭控制更加生动形象,实现虚拟与现实的融合。虚拟场景的设计有助于智能家居的宣传、培训和展示,同时让用户通过远程操作,也可以体验到真实的智能家居系统,零距离展示智能家居实验室的科研成果。     

GERX3i系统设计与虚拟对象应用第2讲GE RX3i在机械手分拣装置虚拟对象中的设计

虚拟对象是采用计算机软件技术在特定设备中模拟实现真实的物体和环境,用于解决不适合对真实物体或环境进行操作的问题,并将控制对象与控制系统相分离。本文介绍了采用GE RX3i进行机械手分拣装置虚拟对象的设计与应用。     

Haptic Direct-Drive Robot Control Scheme in Virtual Reality

This paper explores the use of a 2-D (Direct-Drive Arm) manipulator for mechanism design applications based on virtual reality (VR). This article reviews the system include a user interface, a simulator, and a robot control scheme. The user interface is a combination of a virtual clay environment and human arm dynamics via robot effector handler. The model of the VR system is built based on a haptic interface device behavior that enables the operator to feel the actual force feedback from the virtual environment just as s/he would from the real environment. A primary stabilizing controller is used to develop a haptic interface device where realistic simulations of the dynamic interaction forces between a human operator and the simulated virtual object/mechanism are required. The stability and performance of the system are studied and analyzed based on the Nyquist stability criterion. Experiments on cutting virtual clay are used to validate the theoretical developments. It was shown that the experimental and theoretical results are in good agreement and that the designed controller is robust to constrained/unconstrained environment.     

增强现实综述

增强现实(augmented reality，AR)技术可以将虚拟的物体合并到现实场景中，并能支持用户与其进行交互，它已经成为虚拟现实研究中的一个重要领域，也是人机界面技术发展的一个重要方向。为了使人们对其有所了解，该文首先概略描述了这个领域的主要研究内容和进展情况，并详细介绍了增强现实中的支撑技术、开发工具和相关理论；然后针对当前AR应用的现状，分析了实现中的难点问题，并给出了与AR普及应用密切相关的一些系统框架和开发平台的描述，最后介绍了几个典型的AR应用实例。     

Interactive digital graffiti canvas system

This paper presents an interactive digital painting system that allows a user to draw graffiti on a virtual 3D canvas with a digital spray can. The system visualizes a stereoscopic representation of the canvas by tracking the user's head. It also emulates real‐time spray painting by tracking the spray can in the user's hand as well as sensing the button pressure of the spray device. After painting a 3D object, the user can interact with the object on the display and see it flying in the 3D environment through a tracked head‐mounted display. As demonstrated in the results of our evaluation, we verified that the system resembles real graffiti in regard to a natural and realistic graffiti experience. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Haptic display of micro surface undulation based on discrete mechanical stimuli to whole fingers

Humans can perceive a wide and small surface undulation that is hundreds micrometers in height and hundreds millimeters in width by scanning the surface with their whole fingers and palm in the distal and proximal directions. We developed a wearable haptic device that presents a surface undulation to the hand. The device is composed of nine independent stimulator units that control the heights of nine finger pads of the index finger, the middle finger, and the ring finger (three units on each finger) according to the virtual surface. Three experiments are carried out to evaluate the haptic perception by the haptic device. A first experiment shows that the perceived dimensions are diminished as compared to the dimensions applied by the haptic device. On the basis of this result, the applied dimensions are calibrated to match the virtual surface undulation to the real surface undulation. A second experiment shows that the shape of gently-curved surfaces can be estimated with the haptic display. A third experiment shows that the discrimination threshold is not different between the virtual surface undulation and the real surface undulation. These experimental results show the applicability of the haptic device as a haptic interface.