纹理触觉再现技术的研究现状及发展

物体一个非常重要的触觉特征是它具有表面纹理信息,人们可以通过触摸物体获得这种感觉.在虚拟现实或遥操作领域,将虚拟的或远地的物体的纹理信息再现并作用于操作者手部,不仅可以增强系统的临场感,而且可以帮助操作者识别不同特性的虚拟物体.触觉再现技术近几年已成为虚拟现实和遥操作领域研究的前沿技术,文中介绍了当今世界上仅有的几种可以再现纹理触觉的方法,并比较他们各自的优缺点.最后,指出纹理触觉再现技术的发展思路.     

遥操作和虚拟操作的实时柔性触觉再现装置研究

针对遥操作和虚拟操作的需要，提出了一种新颖的基于弹性梁有效变形长度控制的柔性触觉感知再现方法，并研制了实时柔性触觉感知再现装置。该装置通过调节弹性梁的有效变形长度，快速控制弹性梁的刚度变化，从而使操作者实时地感知到虚拟操作或遥操作对象的刚度和柔软性，准确地识别对象的物理特性和分类。     

背指式指端电触觉再现装置及其性能评价

本文针对电触觉再现问题,指出了一种区别于跨指关节式结构的新型地电极背指式指端电触觉再现装置。实验表明,这种结构的电触觉再现装置,具有工作电流小、易于安装调试、触觉再现时人体感官感受并区分不同电触点的能力强等优点。本文还定义了评价背指式指端电触觉再现装置的性能指标函数,并结合实验作了详细分析探讨。     

水射流机器人触觉临场感再现技术研究

介绍了一种新型水射流机器人触觉再现技术.该技术采用水射流提供机器人临场感触觉再现所需的压力刺激,触点阵列各触点处有一个与压力水源相连的开口水射流喷头,喷头与压力水源之间有电磁阀控制水射流的通断,当需要通过触点阵列为操作者提供触觉感觉时,触觉阵列相应触点处的喷头即与压力水源连通并喷射压力水流,水射流在操作者的皮肤表面形成压力斜坡,从而使操作者获得触觉感觉,由于水流可以带走皮肤表面的能量,因此操作者皮肤表面水流接触处还将形成温度斜坡触觉.压力斜坡和温度斜坡共同作用可以为操作者提供压力温度融合触觉感觉.     

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。     

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。     

面向触觉图文实现的显示系统设计

为帮助盲人或视觉障碍人通过触摸达到学习和感受的目的，设计了触觉图文图像显示系统。触觉图文信息主要来源于视觉图文，研究了视觉-触觉图文转换以及与人体的触觉特性相适应的触觉数据结构。介绍了面向图文图像触觉显示系统。结果表明该系统可以实现2D、3D灰度图像的再现，使用者可以真实地识别图文图像信息。此外，扩大了面向图文信息的触觉显示的应用领域。     

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。     

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。     

Tactile sensors for robotic applications

In this paper, the authors look at the domain of tactile sensing in the context of Robotics. After a short introduction to support the interest of providing robots with touch, the basic aspects related with tactile sensors, including transduction techniques are revisited. The brief analysis of the state-of-the-art of tactile sensing techniques that follows provides indicators to conclude on the future of tactile sensing in the context of robotic applications.     

气室结构触觉传感器的研究

为了解决机械手触觉传感问题,介绍了一种气室结构触觉传感器及信号处理系统,并分析了传感器的结构及敏感原理和相应的信号处理方法。传感系统采用金属弹性元件为敏感器件,传感区域充满气体,当有物体触及时,弹性片将产生变形,变形信号通过光导纤维传输至信号处理器,CCD光电转换器将光信号转换为电信号。处理系统分析判断触及物体的大小、位置。阐述了传感系统所具有的体积小、触点多、灵敏度高等优点,并提出了应用设计方案。对于机械手触觉传感领域的研究具有一定的参考价值。     

一种机器人压阻阵列触觉数据采集的新方法

压阻阵列触觉传感器为减少外接引线一般均采用行列电极结构,这一结构给触觉的扫描采样带来了串扰噪声,同时随着阵列数的增加,如何提高传感器的数据采集速度将直接影响它的实时处理。本文在分析研究现有数据采样电路的基础上,设计了一种新的行扫描采样电路,较好地解决了这两方面的问题。     

光波导三向力触觉传感技术的研究

本文提出了一种新型光波导三向力触觉传感技术,论述了其工作原理和基本结构,并根据工作原理设计了实验系统。实验结果证明了该新型传感系统的可行性和理论结论的正确性。     

智能机器人三向力触觉传感技术的发展和应用

本文讨论了关于三向力触觉传感技术在智能机器人学中的发展和应用,列举了一些三向力触觉传感技术的应用实例,对该领域的发展方向阐明了自己的观点。     

The frictional pattern of tactile sensations in anthropomorphic fingertip

In this report, to consider the technology of frictional tactile sensations (FTS) for a prosthetic fingertip, the anthropomorphic fingertip (silicone) was compared with the human fingertip in terms of sliding friction (reciprocating sliding on an acrylic plate under a load force of ∼2.5 N max.) and the prototype of a FTS was demonstrated. In the results, the friction coefficient of the human fingertip changed according to the contact location more than the anthropomorphic fingertip. In the demonstration, the prototype FTS that faked the human fingertip could generate a high friction coefficient and the peculiar signal pattern at each contact location. Moreover, the prototype FTS recognized a slight difference in the surface roughness of the copier paper. In conclusion, the friction coefficient in the human fingertip increases when increasing the contact area under the same load force. Increasing the contact area induces stiction and stick-slip phenomena, generating a high friction coefficient and vibrations. Moreover, the high friction coefficient amplifies slight contact signals and supports FTS in a prosthetic fingertip.     

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。     

一种光纤式机器人触觉传感器的设计研究

本文介绍了一种机器人触觉传感器的结构原理及设计方法。利用光纤传感器的强度调节原理，可以产生压觉和滑觉信号。文中给出一些设定的参数。     

仿生电动假手的研究

设计一种带有触觉和滑觉传感器的肌电控制电动假手。触滑觉组合传感器采用PVDF作为敏感材料．柔顺的传感器表面和小巧的尺寸使之能完全应用于仿生假手的手指上。以AR模型特征分析方法与神经网络相结合的方法完成肌电信号的运动模式识别，并在电动假手的控制上，采用肌电信号与触滑感觉信号作为双重控制信号源，取得了良好的电动假手仿生控制效果。     

Research and design of a novel,low-cost and flexible tactile sensor array

At present, the flexible tactile sensor array has become a hot research topic in the field of robotics. This paper introduces the design, fabrication and measurement of a novel tactile sensor array based on soft materials and sensor’s piezoresistivity. This sensor array is capable of detecting the contact force and contact location via a triangular location algorithm. This triangular algorithm, which uses response of different sensing elements to a contact force, can reduce the amount of processing data and the density of the sensor array can get lower. The flexible pressure sensing elements are integrated in a flexible PDMS (polydimethylsiloxane) film, which can avoid the limitation that traditional rigid sensing elements have during their bending deformation. The sensor array’s performance has been experimentally evaluated. The results show that the proposed sensor array has an accuracy of 88.23% for the force and spatial resolution of the sensor array can reach 2.5 mm.