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.     

手术仿真中基于导纳控制的力触觉形变模型

为了在虚拟手术仿真中获得快速、准确的力触觉形变效果,提出一种基于导纳控制的力触觉形变模型.基于该模型,采用PHANTOM OMNI力触觉交互设备,以3DS MAX 2013,Microsoft Visual C++2012,Open GL函数库为基础搭建了实时柔性体力触觉再现系统,实现了虚拟双手对心脏双点的拉拽交互操作.感知实验和交互效率的结果表明,所提出的模型简单有效,形变效果逼真、视觉反馈流畅、力触觉反馈平稳,操作者对虚拟环境的感知和交互准确可靠,能够满足虚拟手术仿真系统的要求.     

力／触觉再现设备的研究现状与应用

力/触觉再现技术作为一种新兴的人机交互模式在虚拟现实系统得到较多应用。力/触觉再现设备是力/触觉再现系统实现过程中必不可少的环节,受到广泛的重视和研究。讨论了力/触觉再现设备的种类和特点,分类介绍了国内外力/触觉再现设备的研究现状,并作了分析比较。最后讨论了力/触觉再现设备在不同领域的应用,并探讨了其未来的研究发展趋势。     

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.     

振动触觉的量化感知与触觉文字编码设计

针对移动设备上实现触觉交互和触觉阅读文字的难题,提出一种触觉感知量化和编码模型,并设计了振动数量索引字符表和摩斯电码2种触觉文字编码方案.该模型首先对振动触觉的振动时长、间隔时长、连续振动次数进行量化设计;然后通过实验测定用户对振动量化感知的数值;再对不同的振动时长和振动次数进行编码;最后组合不同的编码来表达文字.对编码文字的用户识别率及满意度的可用性评估实验的结果表明,通过对振动触觉进行量化感知设计和编码可以有效地提高触觉阅读效率,比传统基于盲文等的编码方案具有更高的阅读效率及更好的易用性;文中模型可在移动设备上设计触觉交互界面,实现高效的触觉文字阅读系统.     

振动触觉纹理再现技术研究综述

纹理力触觉再现是通过特定的硬件装置模拟产生与物体纹理表面接触时的触感，使用户能感受到物体的粗糙度、软硬度等纹理特征信息。振动刺激作为再现物体触觉信息的一种刺激方式，在纹理触觉再现中被广泛运用，产生了不同的振动触觉表达装置和纹理触觉表达方法。从纹理触觉认知的角度，阐述了人对振动刺激的触觉感知生理学基础；介绍了纹理触觉再现的原理和方法；从振动与纹理特征的映射方法以及振动刺激方式两个方面分析了目前振动触觉纹理再现技术的发展现状；最后对相关研究的发展进行了总结展望。     

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。     

多模态协同感知与融合技术专题前言

<正>与人类利用视觉、听觉、触觉等多种感官信息来感知世界相似,计算机智能系统也可通过不同的传感器,如摄像头、雷达、麦克风、触觉传感器等,来获取人类和物理世界中的数据与信息.随着智能终端和多模态传感设备的普及,可用于感知世界的数据来源、维度和数据量都在快速增长,单独模态数据所提供的信息已经不能满足智能系统感知与理解世界的需求.因此智能系统在感知世界时,需要从更多模态数据的差异化获取、动态适配、     

虚拟现实的力触觉交互技术发展现状与趋势

虚拟现实通过模拟人的视觉、听觉、力触觉等,使人处于一种与真实世界非常逼真的虚拟世界中,来感受、体验和评价虚拟世界中的场景和设备。力触觉在虚拟现实环境中有其突出优越性,力触觉使得虚拟现实环境变得真实,是唯一的既可接受周围环境输入又可以对周围环境输出的感知通道,可极大增强可视化表达的效果。虚拟现实的力触觉交互技术包括力触觉再现技术和虚拟环境的力触觉建模。介绍了这两方面的发展现状、存在的问题和今后的发展趋势。     

基于CHARMM力场的蛋白质分子场计算及触觉感知

分子场是研究分子结构与功能的重要工具之一,已经成为药物设计和分子对接的常规方法.由于触觉设备能提供丰富的感官信息,近年来触觉交互正逐渐成为该领域的研究热点.文中研究了蛋白质分子场的触觉感知.首先从蛋白质分子结构出发,基于CHARMM力场,经过分子动力学模拟采样计算得到蛋白质分子场;然后结合触觉设备建立触觉感知模型,通过视觉与触觉相结合的方式分析分子场能量分布以丰富分子场的感知信息;最后绘制触觉场景并给用户提供相关的视觉和触觉反馈.实验结果表明,文中提出的分子场计算方法鲁棒,且触觉系统能保持较好的稳定性.     

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。     

图像局部纹理特性的静电力触觉渲染

目的 触摸触觉设备感知物体时,需要实现视觉-力触觉同步反馈,其中图像-力触觉反馈难点在于再现更真实的纹理触感的触觉渲染过程。本文提出了一种基于图像局部纹理特征的静电力触觉渲染模型,实现了更加清晰、触感真实的图像纹理的静电力触觉反馈。方法 首先,采用局部傅里叶变换方法强化局部纹理特征,提取傅里叶变换系数分离出表征形状和局部纹理、边缘的频域分量。其次,对局部纹理特征进行力触觉渲染,建立局部纹理特征与驱动信号的映射模型,采用比例模型将局部纹理特征值转化为同等级的静电力表达。最后,根据静电力与驱动信号的心理学模型,由局部纹理特征控制不同驱动信号的输出产生静电力触觉。结果 进行纹理触觉对比感知实验验证算法有效性,62.5%的实验参与者偏爱基于图像局部纹理的触觉渲染算法反馈的纹理触感,本文算法可以模拟多种图像的纹理、边缘的触感。结论 算法在频域分离图像局部纹理、边缘和形状特征,建立纹理-力触觉渲染模型,针对大多数图片可以有效地增强纹理触感,提升触觉再现交互技术的沉浸感。     

带有力觉和触觉临场感的灵巧手主从系统的设计

针对遥控作业中控制者操作时缺乏力觉和触觉临场感等问题，介绍了设计的带有力觉和触觉临场感主、从灵巧手系统，讨论了在从机械手上触觉和力觉的感知以及在主机械手上触觉和力觉的再现等问题，提出了利用模糊控制实现触觉再现以及改进的力反馈－位置型结构来实现力觉再现的新方法，最后进行了实验验证．     

实时触觉再现接口的设计与实现

提出了一种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.介绍了该人机触觉再现接口装置的机械设计、传感器系统、直流伺服控制系统以及数据采集系统的设计.该实时触觉再现接口具有尺寸小、刚度再现范围大等特点,可广泛应用于遥操作机器人和虚拟现实领域.     

基于射流方法的几何图形触觉再现技术研究

针对触觉临场感技术中几何形状再现的问题,提出了基于射流触觉方法的几何图形触觉再现技术,论述了射流几何图形触觉临场感再现的原理,探讨了几何图形的触觉表达,并进行了相关实验验证.在实验的基础上,提出并讨论了关于几何图形再现的触觉满意度评估指标.     

基于虚拟现实触觉感知接口技术的研究与进展

基于虚拟现实触觉感知接口技术（Haptic Interface Technique）涉及的学科 面很宽，包括机器人学、虚拟现实技术、仿生学、传感技术及互联网通讯技术等．触觉感知接口是基于虚拟现实机器人遥操作系统的重要组成部分．从广义角度出发，触觉感知（Haptic Sensing）应包括力/力矩觉（Force/Torque Sensing）和接触觉（Tactile or Touch Sensing）等主要感觉功能．这里将着重介绍触觉感知接口的研究意义与结构、用于触觉感知接口的特种驱动机构．最后，讨论触觉感知接口技术今后的研究与发展趋势．     

一种触觉感知与脑启发的触觉传感系统

触觉智能感知是当前研究的热点问题之一.然而,大规模触觉数据集的缺乏限制了机器人触觉感知领域的发展,解决问题的关键在于构建覆盖手掌的高时空分辨率触觉压力传感器系统.对此,构建一种脑启发的触觉传感系统(BITSS),以高时空分辨率对触觉压力信息进行获取,并实现基于脉冲事件的触觉感知.受皮肤触觉感受器启发,BITSS使用神经形态模型对触感压力信号进行脉冲编码,实现两种触觉感受器神经元的模拟.实验结果表明,BITSS模拟的神经放电活动可以解码出抓握状态的低维空间.在10种日常物体的分类任务中,基于脉冲事件的分类器分类精度达到94%,具有较快的执行速度,并验证了BITSS对触感压力信号的时空编码能力.     

机械手触觉技术研究发展综述

如何将复杂的多感知触觉技术融入机械手臂中是目前机器人技术发展中亟待解决的问题.无感官触觉回路的机械手臂并不适用于软体、易碎等物体的抓取,不同的物体需要不同的抓取力规划,抓取力过大往往会造成物体的损坏.从触觉传感器的设计出发,分析国内外机械手臂触觉研究现状,阐述前端执行器机械手触觉传感实现的主要技术,同时包括触觉技术的类型、原理设计、结构实现、传感信号获取与传输、解耦方法、灵敏度等方面的发展,为后期机械手臂实现传感、感知、控制3层执行架构的研究提供了新的思路.     

宽幅度摩擦力控制触觉再现系统

触觉再现能够表达虚拟物体的表面特征,提高虚拟现实系统的真实感,因而成为人机交互领域内的研究重点。本文将空气压膜效应与电磁激励相结合,提出一种新颖的摩擦力控制触觉再现方法,并研制一种宽幅度摩擦力控制触觉再现系统,其中电磁激励用于增加摩擦力控制范围。经过一系列触觉感知实验验证了本系统的有效性,实验结果表明本文提出的方法相对于传统的摩擦力控制方法可以实现更宽泛的摩擦力系数控制。