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。     

两自由度康复训练交互装置

针对手部康复训练设备主要由主动驱动器驱动导致的安全稳定性差、容易造成二次伤害等问题,设计了一种用于手部康复训练的被动驱动交互装置.首先简单介绍了被动驱动器的结构、实现原理,在此基础上提出了一种两自由度手部康复训练交互装置设计方法,该交互装置在支架上设置两根相互垂直并处于同一平面的轴,轴的两端分别连接被动驱动器和数字编码器,手柄在两轴的驱动下能在两维空间内运动并产生两自由度的力.接着分析了手柄受力与被动驱动器输出力的变换方法,最后设计康复游戏,与研制的交互装置配合,开展了脑卒中患者的康复训练试验,试验结果验证了康复训练交互装置对于手部康复训练的有效性.     

Design of a Haptic Interface for a Gastrointestinal Endoscopy Simulation

This paper presents a new design and analysis of a haptic interface for a gastrointestinal endoscopy simulation. The gastrointestinal endoscopy is a procedure in which the digestive tract and organs of a patient are diagnosed and treated using a long and flexible endoscope. The developed haptic interface incorporates two degrees of freedom (DOF), each of which is necessary to describe the movements of an endoscope during the actual endoscopy procedures. The haptic interface has a translational motion mechanism to implement the insertion movement of the endoscope, and a rotational motion mechanism to implement the rotational movement of the endoscope. The endoscope included in the haptic interface is supported by a folding guide to prevent the endoscope from buckling. Force feedback in each direction is provided by wire-driven mechanisms. The developed haptic interface has a workspace, sensitivity, and maximum attainable force and torque enough to simulate the endoscopy procedures such as colonoscopy, upper GI (gastrointestinal) endoscopy, and endoscopic retrograde cholangiopancreatography (ERCP). The developed haptic interface is applied to implementation of a colonoscopy simulation. Performance including force bandwidth is evaluated through experiments and simulation.     

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。     

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。     

虚拟手术训练力觉交互技术的现状与趋势

虚拟手术训练系统对于解决传统的手术训练存在的问题,提高临床手术的安全性和治愈率起着积极的作用。在介绍目前虚拟手术训练系统发展现状的基础上,阐述了虚拟手术训练交互装置的研究进展,针对目前虚拟手术训练交互装置存在的问题,提出了建设性的解决方案,并分析了其发展趋势和应用前景。     

一种新颖的柔性触觉再现装置

为提高柔性触觉再现的精度和实时性,设计了一种基于改变弹性梁有效长度的新型柔性触觉再现装置,讨论了该装置的设计思路和设计内容。本装置较以往的弹性梁装置有很大的改进,首先在机械结构上,使用舵机代替步进电机,减小了体积,结构更加紧凑,控制精度提高。其次在数据采集方面,使用CCD线阵将弹性梁末端位移的测量变为非接触式测量,减小了接触测量产生的阻尼误差,从而使交互的舒适性与效率得到提高,实现自然和谐的人机交互。     

一种新的虚拟纹理触觉再现方法及其装置实现

根据人的触觉是动态触觉的原理,提出了一种新的纹理触觉再现方法及其实现装置,该装置能在使用者手指端部产生类似于纹理感觉的触觉信息.它的主要组成部分是铝合金制成的圆筒,上面分布着大小不同的凹孔和凸点,通过伺服电机带动它旋转.手指在匀速旋转的圆筒上来回滑动并触摸上面的凹孔与凸点,能有明显的触觉感受,而且不同的旋转速度将会带来不同的触觉效果.通过对该实验装置进行大量实验,统计归纳出实验者在各种情况下所获得的触觉感受,证实该装置在模拟纹理触觉方面确有成效,对纹理触觉的发展起到一定的促进作用.     

纹理力触觉建模与表达技术研究综述

力触觉再现作为一种新兴的信息传递方式,对提高人机交互的真实感和准确性具有重要意义.纹理的力触觉表达是借助触觉反馈通道反映人与环境交互过程中物体表面凹凸特性.介绍了纹理力触觉表达的研究背景,阐述了纹理力触觉表达系统的基本原理,归纳了纹理力触觉表达的触觉特征提取和建模方法,并对不同类别的建模方法的特点和问题进行了分析,最后给出了纹理力触觉表达技术的未来研究方向和建议.     

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.     

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.     

力反馈主手研究现状及其力控制方法研究

力觉主手作为主从遥操作机器人系统的关键部件,其机构特性和力控制性能直接关系到整个遥操作系统能否完成预期的任务要求。近年来,关于力觉主手及其力控制方法的研究已成为机器人遥操作领域的研究热点。文中详细介绍了力觉主手在机构设计和力控制算法方面研究现状和发展趋势。     

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.     

Design and Experimental Verification of a 3-DOF Spherical Electromagnetic Brake for Haptic Interface

Electromagnetic brake is an efficient device that provides damping to stop the undesired motion of the manipulator. A spherical design of electromagnetic b     

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。     

Research in Control Systems,Sensor Fusion,and Haptic Interfaces

Research in control systems, sensor fusion and haptic interfaces is reviewed.     

基于要素分离的用户界面安全性设计

提出了一种分离用户界面要素的方法来提高用户界面设计的有效性和可靠性。分析了用户界面设计中使用该方法的优点和如何对用户界面要素进行分离。重点讨论基于该方法的用户界面安全性设计。     

A Virtual Simulation System for Ship Marine Auxiliary Boiler with Force and Haptic Feedback

Because of the limitation on the traditional training system for auxiliary boiler, a virtual simulation system is designed according to the actual situation and operational requirements of the real marine auxiliary boiler system. Based on force and haptic feedback, and Vega API, the proposed virtual simulation system uses PHANTOM Desktop as the interactive interface, applying 3DS MAX and Creator to construct the virtual environment. The system realized the human-computer interaction, and can satisfy the users＇ immersion of touch and vision, meeting the auxiliary boiler system operating and management training to some extent.     

力觉接口的透明度分析及无源性设计

力觉接口是指人和遥操作机械手之间的接口,用来给操作人员提供操作时的一种虚拟环境。对于力觉接口来说,无源性是系统设计的基础,而良好的透明度是其主要性能要求。首先对系统的性能要求进行了分析,定义了一个离散的偏差函数来描述系统的透明度,将透明度问题转化为系统的灵敏度设计问题。接下来,从采样系统的频率特性出发推导了力觉系统的无源性条件,通过对比和分析,指出了前人文献所给无源性条件的保守性,并提出了一种近似无源的设计方案。最后通过例子对不同控制器参数组合时的设计结果进行了仿真,在综合考虑透明度和时域响应特性要求后,给出了一组合理的控制器参数。仿真结果表明,系统是近似无源的,而且具有良好的性能,体现了所给设计方案的可行性和有效性。     

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.