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。     

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.     

用于实时柔性触觉再现的平行菱形链连接模型

精度高且实时性好的柔性触觉变形模型是实现触觉再现系统的关键。提出了一种新的基于物理意义的平行菱形链连接触觉变形模型,系统中各个链结构单元相对位移的叠加对外等效为物体表面的变形,与之相连的弹簧弹性力的合力等效为物体表面的接触力。使用Delta 6-DOF手控器,建立了触觉再现实验系统,对柔性体的接触变形和实时虚拟触觉反馈进行仿真, 实验结果表明所提出的模型不仅计算简单,而且能够保证触觉接触力和形变计算具有较高精度,满足虚拟现实系统对精细作业和实时性的要求。     

机器人临场感的电触觉再现技术研究􀀁

本文在阐述机器人触觉临场感再现技术的相关原理及实现技术的基础上,指出了目前电触觉再现技术中存在的问题,提出了实现电刺激电流在线调节的新构想。文章最后述及了国专家学者关于触觉概念的新观念,并认为在未来一段时间内,与此相关的课题将是触觉研究的重点方向。     

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.     

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。     

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.     

一种高分辨力柔性触觉传感器

本文描述了一种基于全内反射原理，用透明橡胶材料作为波导板的柔性触觉传感器。该传感器除具有一般刚性波导板触觉传感器的高分辨力等特点外，还具有柔性好，力灵敏阈值低，不怕碰撞等特点，该传感器特别适合装在智能机器人手爪上，为机器人系统高效率地获取物体形状，位置和姿态信息，实现智能抓握物体，操作物体等功能提供了有效的手段。     

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.     

指端电触觉再现的传函矩阵及解耦研究

针对电触觉再现中的解耦问题,提出采用噪声预置解除耦合的有效方法。通过研究电触觉再现的传递函数矩阵,从中分离出噪声预置矩阵,然后通过实验方法求解噪声预置矩阵。两点模式下的实验表明,采用噪声预置可以较好地改善电触觉再现的效果。     

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.     

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。     

Development and Evaluation of a 7-DOF Haptic Interface

With the development of human robot interaction technologies, haptic interfaces are widely used for 3D applications to provide the sense of touch. These interfaces have been utilized in medical simulation, virtual assembly and remote manipulation tasks. However, haptic interface design and control are still critical problems to reproduce the highly sensitive touch sense of humans. This paper presents the development and evaluation of a 7-DOF (degree of freedom) haptic interface based on the modified delta mechanism. Firstly, both kinematics and dynamics of the modified mechanism are analyzed and presented. A novel gravity compensation algorithm based on the physical model is proposed and validated in simulation. A haptic controller is proposed based on the forward kinematics and the gravity compensation algorithm. To evaluate the control performance of the haptic interface, a prototype has been implemented. Three kinds of experiments:gravity compensation, static response and force tracking are performed respectively. The experimental results show that the mean error of the gravity compensation is less than 0.7 N and the maximum continuous force along the axis can be up to 6 N. This demonstrates the good performance of the proposed haptic interface.      

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.