一种新型电触觉再现阵列的研制

触觉再现技术是遥操作智能机器人发展的急需。如何使操作者舒服有效地感受远地触觉信息是遥操作智能机器人研究中亟待解决的关键问题。论文在长期触觉再现实验研究的基础上提出了一种新型具有半圆头形刺激电极的电触觉再现阵列，实验表明，该电触觉再现阵列可以明显地改善操作者的电触觉感受，具有非常重要的应用价值。     

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.     

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。     

基于PDE方法的图像力触觉再现方法研究

针对基于图像的力触觉再现技术中目标的轮廓形状与细节纹理容易混淆从而影响判断的问题,提出了利用偏微分方程将图像的轮廓形状信息与细节纹理信息分离,然后针对各自特点分别采用不同方法进行力触觉渲染.其中轮廓形状信息采用SFS技术从二维图像中恢复出三维表面模型,并用God-object算法进行力触觉渲染;细节纹理信息则直接用图像灰度值计算法向力和切向力来进行力触觉渲染.实验结果表明,该方法可行,能够有效地减少基于图像的力触觉再现中的误判现象,提高操作者对虚拟环境的力触觉感知和识别能力.     

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。     

无线机器人电触觉再现装置的研制

论文介绍了一种基于时空双通道的无线机器人触觉临场感再现装置。该装置时间通道的刺激电流控制信号由MP3播放器通过音波播放的方式提供，空间通道的触点选通信号则由计算机通过无线遥控模块进行控制。电触觉再现装置在硬件上独立，与计算机无任何连线，功耗低，安全可靠，具有较高的应用价值。     

触觉传感器与电子皮肤研究进展

触觉传感器是机器人与环境交互的重要元件,是机器人与环境之间不可或缺的介质。近年来,触觉传感器在医疗设备、生物力学、健康监测等领域的应用成为研究热点。文中回顾了过去50年来国内外机器人触觉传感技术的研究情况及成果,介绍了不同传感机理的触觉传感器及其特点以及仿生触觉传感器电子皮肤的研究现状,指出了触觉传感器全柔性化、多功能化、自供电的未来发展方向。     

用Hopfield神经网络实现触觉图像恢复

通过对安装于机器人手爪上的阵列触觉传感器所采集到的触觉图像的分析,提出了用Hopfield神经网络实现触觉图像恢复的技术.Hopfield神经网络把触觉图像的每一个像素作为一个处理单元(神经元),像素之间的关系即神经元之间的权值作为储存单元.首先利用Hebb规则计算权值矩阵,用以存储所有样本的标准模式,然后利用网络的联想记忆能力恢复被抓物体的触觉图像.实验结果表明,该方法能达到很好的触觉图像恢复和识别效果.     

面向人机协作的CNN手部抓握意图识别

针对机器人在协作过程中对意图理解不充分的问题，自主设计了一种基于触觉感知的手柄作为意图理解的接口，采用柔性触觉传感器将手部抓握压力信息转换成触觉图像信息，并依据操作者的操作习惯定义一系列抓握手势实现对机器人位姿的灵活调整。构建了一种适用于触觉图像识别的卷积神经网络(CNN)分类器，并基于抓握松紧信息构建一种变阻尼导纳控制方法。最后，采用实验室自主研制的幕墙安装机器人并搭载触觉手柄进行人机协作实验，结果表明此类触觉手柄及CNN方法对操作者抓握意图的识别准确率达到98.80%,所提出变阻尼导纳控制能够更加高效的完成人机协作任务。     

基于共享控制的人机灵巧力触觉交互系统设计与实现

人能够在复杂感知的相互协调下做出决策并完成灵巧操作。将视听觉和力触觉等不同模态相融合,可以提高操作者对虚拟场景或远程环境的感知,进而改善操作效果。如何协调人的操作和虚拟环境中目标机器人系统的自主性,则是人机交互中的一个关键问题。为此,本文基于Unity3D引擎建立了虚拟场景,并实现了omega.7力反馈平台与虚拟场景之间的通信。进而,创建了基于碰撞检测的虚拟距离传感器,实现了虚拟场景中目标机器人对周围环境的探测。然后,设计实现了人机力触觉交互共享控制算法,将人的智能决策与灵巧操作优势同目标机器人的自主算法相融合,使得目标机器人系统的控制权限可以在人手操作和机器人自主算法之间连续平滑转移。由此,实现了人与虚拟环境和目标机器人之间功能多样、场景逼真的视听觉和灵巧力触觉多模态交互,从而为医学、康复、军事、娱乐等领域中的人机交互提供了一种解决方案。     

触觉显示技术及其发展趋势

首先阐述了触觉显示技术相关的触觉生理和触觉现象,然后介绍了触觉显示所采用的振动刺激、电刺激、射流刺激、气动刺激和顶针刺激等技术手段的现状,以及触觉语言设计问题,最后总结了触觉研究领域的热点方向和发展趋势,并对融合触觉、彩色触觉、时空触觉、斜坡触觉和多模接口等做了简要介绍.     

可穿戴式电子织物仿生皮肤设计与应用研究

为满足电子仿生皮肤的穿戴舒适度,提出了一种电容式柔性织物压力传感器,采用丝网印刷工艺,以织物为柔性基体,炭黑填充型复合弹性电介质和有机硅导电银胶制备柔性压敏触觉单元。介绍了压敏单元的结构设计与感知机理,研究了炭黑含量与温度对织物触觉单元性能的影响,改善了该电子织物的输出线性度与重复性,实现了0~700 k Pa量程范围迟滞误差为5.6%,动态响应时间为89 ms,灵敏度为0.025 36%/KPa,同时,引入温度补偿以提升触觉感知准确性。通过将织物压敏单元应用于足底压力信息的时空分布研究和机械手的软抓取实验,其足底压力分布及触觉感知实验结果表明,该电容式柔性织物压力传感器具有良好的工作稳定性与触觉感知功能,为可穿戴式人工皮肤的研究提供了一种设计方案。     

基于CFD的喷嘴结构对高压水射流反推特性的影响

喷嘴作为无人机新型射流反推弹射的重要元件,其结构参数对无人机弹射动态特性具有重要影响.以圆柱形、圆锥形和余弦形结构的喷嘴为研究对象,基于CFD建立不同结构喷嘴射流流动的数学模型,采用VOF多相流模型和k-ε湍流模型等对不同结构喷嘴射流流态进行数值模拟,获得不同结构喷嘴内外壁面的压力场、速度场分布,对比分析喷嘴结构特征和...     

触觉显示器及其振动激发方式

触觉再现作为下一代虚拟现实技术已成为国际上的开发热点。触觉再现就是通过控制触觉显示器的某种物理效应提示,让手指在触摸时产生相应的触感,从而实现人机触觉信息的交互。该文介绍了触觉显示器的基本工作原理,综述了几种比较典型的触觉显示器激发方式,指出了触觉显示器的发展趋势。     

Method of setting Nozzle intervals at the finishing scale breaker

The scale is removed from the strip by high pressure hydraulic descaling at the FSB(Finishing Scale Breaker). Recently, the spray height of nozzle has a trend to be shorter for the purpose of increasing the impact pressure by the high pressure water jet. Here, the nozzle intervals should be decided after considering the impact pressure and the temperature distribution on the strip. In other words, the minimum of impact pressure at the overlap of spray influences the surface grade of the strip due to scale and the overlap distance of the spray affects the temperature variation in the direction of the width of strip. In the present study, the impact pressure of the high pressure water jet is measured by the hydraulic descaling system and calculated with regard to the lead angle of 15° and the offset angle of 15°, and then the temperature distribution and the temperature variation are calculated at the overlap distances of 0 mm, 10 mm, 20 mm, and 30 mm, respectively. The method of setting nozzle intervals is shown by utilizing these results.     

柔性触觉传感器的三维打印制造技术研究进展

聚合物基柔性触觉传感器在智能机器人、人工假肢与人体健康状态监测等领域有着广泛的应用,将三维打印技术应用于柔性触觉传感器的制造过程可以克服传统制造方法加工周期长、复杂聚合物基微结构制造困难等缺陷。因此发展聚合物基触觉传感器的三维打印制造技术及工艺是当前的学科研究热点,具有广阔的发展前景。首先,在阐述柔性触觉传感器的传感检测原理和性能指标的基础上,重点阐述了柔性触觉传感器三维打印制造技术方面的最新研究进展,包括聚合物基柔性触觉传感器的结构设计、三维打印材料的分类和应用、以及传感器的打印制造方法及工艺等。然后,还总结预测了基于新材料制备和新制造工艺的柔性触觉传感器设计与制造的发展趋势,并对柔性触觉传感器的三维打印制造技术未来的发展趋势进行了展望。     

磁致伸缩压力传感器设计及其输出特性

研究了铁镓合金(Galfenol)的磁致伸缩特性,提出一种基于Galfenol的新型磁致伸缩压力传感器,以实现机器人的触觉力精确感知。该传感器利用磁致伸缩逆效应将压力转换为电压信号,从而完成对压力的精确测量。设计、制作了磁致伸缩压力传感器,采用双永磁体回形磁路优化了压力传感器的磁场。对传感器进行了理论分析与实验研究,讨论了偏置条件、外压力等因素对输出电压峰值的影响。实验结果表明,在偏置磁场为4.8kA/m、施加的压力为2.5Hz、6N时,传感器的输出电压峰值达16mV,且输出电压峰值与压力呈较好的线性关系。研制的传感器具有结构简单、线性度好、反应速度快等特点,可以满足机器人触觉感知的需求,也可应用于其他领域的压力测量。     

磨料水射流切割混凝土的深度预测模型

在对磨料水射流切割混凝土分析基础上,应用BP人工神经网络理论,建立磨料水射流切割基于射流压力、靶距、磨料粒径、磨料流量、磨料喷嘴直径、磨料喷嘴长度及横移速度等射流参数的深度模型,通过模型预测结果与实验结果的比较,验证模型具有一定的精度,为实际运用和进一步研究提供参考。     

基于传感阵列的动态足底压力分布测量系统

足底压力分布与人体健康具有很大关联性,足底压力分布异常变化是某些足病的早期症状。为帮助患者预防足病,实时监测足底压力分布,研制了一种基于触觉传感阵列的动态足底压力分布测量系统。系统共有48个传感单元,测量误差小于2.4%,可对足底各区域压力进行精确采集,并采用可穿戴式设计,将数据采集系统固定于脚踝,通过蓝牙与上位机连接。此外,针对传统压力分析方法无法对运动过程中压力分布变化进行分析的缺陷,提出了一种动态足底压力分布分析方法,通过支持向量机对人体足底压力数据进行分类,达到了98.6%的分类正确率;并在此基础上引入步态相典型压力分布指标,与传统分析指标相结合,实现对人体健康状态的分析与评价。实验证明,该系统可以准确测量运动状态下的足底压力分布、分析异常状态下的压力分布变化并对压力异常区域进行预警。     

高压水射流靶物探测用喷嘴结构参数优化

高压水射流靶物探测技术是一项结合了高压水射流技术和声音信号分类识别技术的新的技术和研究方向,要实现高压水射流对靶物的有效探测,就必须得到具有合理有效的特征值的信号。其中喷嘴结构是影响特征值信号的一个重要因素,在选择工程上常见的、结构较为合理的4种喷嘴的基础上,利用计算流体力学软件Fluent对喷嘴内部流场做了数值模拟分析,并从反射声信号的角度给出试验判定。试验结果表明,出口直径为0.8mm的圆锥长直线型喷嘴产生的射流性能及射流束的聚集性都较好,有利于产生较好反射声音信号的特征值。