用于触摸屏图像感知的指端力触觉再现系统

当用户与触摸屏交互时,有效和实时的力触觉交互技术对于增强现实感和沉浸感是非常重要的。设计了一种面向触摸屏图像信息感知的手指外骨架可穿戴式力触觉交互装置,利用平面四连杆机构作为外骨架传动机构,结合直流电机作为执行机构可为用户手部提供连续可控的力觉反馈,通过振动电机和压电陶瓷致动器提供两种类型的振动触觉反馈。该装置体积小、重量轻,功耗小,使用蓝牙通信,可扩展性强,方便使用及携带。为了表达图像中虚拟物体的空间力触觉信息,引入了实时的力触觉建模算法。当用户穿戴该装置在图像上滑动时,图像的一些特征信息将通过蓝牙与装置通信,包括每个像素点的形状高度和图像的边缘轮廓信息,能够使用户获得丰富的力触觉感受。最后,进行力触觉交互实验来评估该装置在表达触摸屏中图像的高度、轮廓和纹理等方面的性能。     

带式输送机托辊自动清垢装置的设计与应用

为解决制丝车间当前带式输送机存在托辊清垢难、效率低、危险系数高等问题,基于车床工作原理,设计了一种带式输送机托辊自动清垢装置,该装置主要由机架、循环往复驱动机构、清垢机构和清洗机构等部分组成.以清垢时间、清垢质量为衡量指标,并比较了相同条件下人工清垢与自动清垢所产生的效益.结果表明:自动清垢装置清垢时间减少22.7 m...     

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.     

桌面型触感交互装置的构建与控制

研究设计了一种桌面型触感交互装置,阐述了该装置的机械结构以及安装在其上的传感器和驱动装置.此外,为了实现对从手灵巧手的控制,进行了硬件电路的设计,并且加工出触感交互装置的物理模型,并进行实验,对其功能进行验证.     

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。     

柔性触觉反馈驱动器研究进展

触觉交互界面作为用户与系统之间的重要沟通窗口,不仅能够满足用户对简单化、自然化的人机界面的需求,也是实现 直接、高效完成任务的关键因素。 触觉反馈驱动器作为触觉交互过程中的核心部件,能够模拟或复现多种形式的触觉信息,提 高用户在操作过程中的临场感与真实感。 近年来,柔性触觉反馈驱动器凭借着其轻量、柔顺、适应性强等特点,在人机交互场景 中展现了广阔的应用前景与价值。 首先,根据柔性触觉反馈驱动器对皮肤刺激形式的不同分为电刺激、机械刺激、热刺激 3 类, 并进一步重点阐述了各类驱动器的最新研究进展,主要包括了各类驱动器的驱动原理、结构设计、反馈形式等。 进一步地,介绍 了基于柔性触觉反馈驱动器所开发的触觉反馈设备在虚拟现实、遥操作、医疗等领域的应用。 最后,对当前柔性触觉反馈驱动 器所面临的问题与挑战进行了总结,并对未来的发展趋势进行了展望。     

交互操作行为驱动的手机产品人机工程设计

针对有复杂交互操作行为需求的手机产品,研究了利用交互操作行为对产品形态进行驱动设计的方法.细致分解了手机的人机交互过程,对持握和按键两个关键的操作行为进行了实验研究和实测数据的统计分析,获得了手机在掌中的定位特征,以及多键按键操作的综合舒适度和准确率的评价指标,并计算了相关的影响参数.基于编码表达式建立了手机产品的设计模型,利用遗传算法原理编写了手机设计方案的求解算法,通过问题构建、自动求解和交互求解三个过程在方案解空间中搜索最优方案.开发了交互操作驱动的手机设计原型系统,初步实现了求解过程.研究表明,利用交互操作行为对产品形态进行驱动设计是可行的,交互行为的表达方式和产品的编码设计质量对设计结果有较大影响.     

可穿戴式双通道指端力触觉反馈方法与系统

虚拟现实技术给予了人们全新的人机交互体验,而可穿戴式力触觉反馈装置则可以增强这类交互过程中的沉浸感与真实感。提出了可穿戴式双通道指端力触觉反馈方法与系统,系统采用蓝牙的无线通信方式以减少对手部运动的干扰,由微型电机提供最大为2.91 N的力觉反馈,由压电陶瓷振动器提供振动触觉刺激。装置重约110 g,具有体积小、易穿戴、对手部运动约束小的特点。为了验证装置的有效性,设计了对比实验。实验结果表明,相较于单通道力、触觉反馈以及无力触觉反馈,实验人员在双通道力触觉反馈的情况下可更高效率地完成虚拟环境中的任务。     

基于Kriging模型的并联机器人机构的多目标优化设计

为了提高并联机器人机构的性能特性,对机构参数进行优化设计分析,以达到性能指标最优的目的。先对应用于盾构拼装机的并联机构进行了运动学分析,利用封闭矢量法建立了逆解方程,并在此基础上求解了表征驱动关节输入和动平台输出映射关系的雅可比矩阵。引入衡量并联机构性能的全域运动灵巧度和全域承载能力指标,并以结构参数为设计变量,性能指标为优化目标,基于Krigring近似模型,利用多岛遗传算法对并联机构进行多目标优化,最终得到Pareto解集,并选取了机构参数的最优解。结果表明,基于Kriging模型的多目标优化对机构性能有明显的改善。     

基于 UG三维参数化设计在搅拌装置设计中的应用

通过对UG二次开发语言模块UG／Open GRIP开发工具的研究和分析，对搅拌装置的三维模型进行参数化设计和研究，实现了通过参数驱动建立搅拌装置的三维实体模型，并就交互界面进行可视化设计。     

Novel AC Servo Rotating and Linear Composite Driving Device for Plastic Forming Equipment

The existing plastic forming equipment are mostly driven by traditional AC motors with long transmission chains, low efficiency, large size, low precision and poor dynamic response are the common disadvantages.In order to realize high performance forming processes, the driving device should be improved, especially for complicated processing motions. Based on electric servo direct drive technology, a novel AC servo rotating and linear composite driving device is proposed, which features implementing both spindle rotation and feed motion without transmission, so that compact structure and precise control can be achieved. Flux switching topology is employed in the rotating drive component for strong robustness, and fractional slot is employed in the linear direct drive component for large force capability. Then the mechanical structure for compositing rotation and linear motion is designed. A device prototype is manufactured,machining of each component and the whole assembly are presented respectively. Commercial servo amplifiers are utilized to construct the control system of the proposed device. To validate the effectiveness of the proposed composite driving device, experimental study on thedynamic test benches are conducted. The results indicate that the output torque can attain to 420 N·m and the dynamic tracking errors are less than about 0.3 rad in the rotating drive. the dynamic tracking errors are less than about 1.6 mm in the linear feed. The proposed research provides a method to construct high efficiency and accuracy direct driving device in plastic forming equipment.     

基于压电陶瓷的摩擦式微进给机构的设计

采用摩擦驱动工作原理设计了大行程、高分辨率的步进式进给机构,该机构是压电陶瓷驱动的、滚珠丝杠传动并结合空气静压导轨实现微量进给;采用柔性4杆机构设计了压电陶瓷驱动的可调式预压装置;用有限元方法分析了柔性铰链的静态特性;对微进给机构的传动特性进行了详尽分析。     

大型民航客机油门装置驱动控制设计

油门装置是大型客机油门控制系统的执行装置,结构上包括油门伺服电机、传动机构和油门角度解算器。油门伺服电机接收飞行控制系统的速率指令,通过传动机构带动油门角度解算器旋转。解算器将油门角度信号输入发动机电子控制器实现对发动机推力的控制。油门装置中油门角度的控制直接影响发动机推力控制的准确性以及飞机的飞行安全。针对大型客机油门装置角度控制要求,开展油门装置驱动控制设计研究。首先,对油门装置的结构进行分析。然后,建立油门装置部件及系统整体的数学模型。最后,在Simulink下设计油门角度闭环控制系统并进行仿真。仿真结果表明,所设计的油门装置驱动控制系统能够较好地对油门位置和速度信号进行跟踪,且响应速度快。     

High efficient driving circuit for traveling wave dielectrophoretic pump

The micro-fluidic systems based on the dielectrophoresis (DEP) phenomenon have become one of the hottest topics recently. By combining sensor and actuator into a system, a miniature traveling wave dielectrophoretic (TWDEP) pump can be widely used in biomedical applications. As often powered by lower voltage, the actuator of such a system must be minimized yet with adequate capability to drive the DEP pump to the required speed. The driving circuit for the actuator described in this study is designed and tested to attain the purpose of driving a TWDEP pump for whole blood samples. For improving the driving capability, four-phase AC fields were designed and the output levels were increased to double the supply voltage. Quantitative comparison between the driving circuit and function generator by velocity measurement was made. The driving circuit works properly for the steady state operation of the pump.     

Nanosecond square high voltage pulse generator for electro-optic switch

A scalable square high voltage pulse generator, which has the properties of fast rise time, fast fall time, powerful driving capability, and long lifetime, is presented in this paper by utilizing solid state circuitry. A totem-pole topology is designed to supply a powerful driving capability for the electro-optic (EO) crystal which is of capacitive load. Power MOSFETs are configured in series to sustain high voltage, and proper driving circuits are introduced for the specific MOSFETs configurations. A 3000 V pulse generator with ~49.04 ns rise time and ~10.40 ns fall time of the output waveform is presented. This kind of generator is desirable for electro-optic switch. However, it is not specific to EO switch and may have broad applications where high voltage fast switching is required.     

半自动墙面抹灰机的结构设计

设计了一种半自动墙面抹灰机机械结构，主要由底盘、门架、抹头及传动装置等组成．该机械结构由一个电动机来实现墙面抹灰和传动装置的提升两种动作，结构简单、移动方便、节约能源，成本低廉。     

静电驱动MOEMS保险机构的设计与试验

为了提高引信状态控制的安全性,增强其抵抗引信内、外强电磁干扰的能力,提出了一种应用于微小型引信安全系统的硅基微光机电保险机构。该机构采用光纤作为过程能量传输的载体,通过静电驱动方式实现对光纤光路错位与对准的控制,达到引信安全与解除保险的目的。设计了MOEMS保险机构的总体结构和耦合光路,并对它进行SOI+DRIE工艺设计和加工。通过开展静电微驱动器性能测试试验和光路性能测试试验得出,静电微驱动器能够实现130μm的大位移输出,MOEMS保险机构的解除保险时间和恢复保险时间分别为13 ms和5 ms,光能传输效率为46.1%。所设计的MOEMS保险机构能够满足功能要求,具备天然的抗电磁干扰能力,有效提高了引信的本征安全性。     

热管式磁流变传动装置的设计与试验

磁流变传动装置(Magnetorheological transmission device,MRTD)是一种性能优良的新型智能传动器件。设计一种采用磁流变液作为传动介质、利用整体针翅回转热管进行散热的新型热管式磁流变传动装置,研制传动装置样机并对其进行试验测试。结果表明,磁流变传动装置传递的转矩可以通过调节励磁电流来控制;装置传递的转矩基本不随滑差转速的改变而改变,具有良好的恒转矩特性;整体针翅回转热管能有效地对传动装置进行散热,且散热能力随转速的提高而增大,为解决传动装置的发热问题提供一种有效手段。     

Reverse driving character of 2-DOF closed chain haptic device

Reverse driving character plays an important role in evaluating the performance of a haptic device, and it is the primary rule in the mechanical design. This article mainly investigates the problem of 2-DOF haptic device design for improving reverse driving character. Firstly, a 2-DOF closed chain haptic device is designed in the paper and a physical prototype is produced in the factory; Based on the physical prototype, the 2-DOF haptic device is analyzed with the method of dynamics which is called Lagrangian equation, and the reverse driving character of the haptic device is evaluated by the Generalized Inertia Ellipsoid (GIE) which can be directly illustrated by a graph; With the help of changing the material of some components, the reverse driving character of the haptic device can be improved, so that an appropriate 2-DOF haptic device can be obtained in the design aftertime. __________ Translated from Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2005, 31(7) (in Chinese)     

基于IGBT的永磁直线电动机垂直提升系统控制装置

介绍了基于IGBT的永磁直线电机垂直提升系统控制装置的设计方案,阐述了直线电机初级绕组分段供电的驱动方案.选用EXB841作为IGBT驱动模块,并通过计算选取了合理的外围电路参数.实验表明控制效果良好.