虚拟手术力反馈装置反馈力内模控制

时滞和虚拟环境模型参数的变异性影响到虚拟手术力反馈系统的性能。在分析系统模型的基础上设计内模控制器,控制器直接置于系统前馈通道而无需增加闭环,控制更加易于实现,实验结果验证了该算法的有效性。     

一种三维力反馈训练仿真控制系统设计

针对空间站舱外任务需要研究人员通过遥操作控制平台对空间站机械臂遥操作来完成,而空间站机械臂研制成本高,无法实现现场调试,直接投入使用风险性高,系统安全性与可靠性无法保障的缺陷与不足,设计了一种面向空间站机械臂的遥操作力反馈训练的仿真控制系统.重点阐述了该系统的工作原理以及系统硬件和软件设计思路.该系统的力反馈手柄具有3个自由度,充分模拟操作空间;力反馈手柄末端位置信息和力反馈信息,由微控制器STM32系列单片机与PC实现数据传输.实验结果验证了该系统面向空间站虚拟机械臂的力反馈控制仿真功能、系统硬件和软件的可靠性,为空间站机械臂的虚拟仿真提供了一种可行方案.     

基于力反馈的手部康复训练装置研究进展

携带力反馈功能的装置进行训练已经成为手功能康复训练的重要手段.详细介绍了典型的用于手部康复训练的力反馈装置,通过对其优缺点进行比较,发现手部康复训练力反馈装置存在安全性要求高、重量较大、功能比较欠缺和实时性差的问题,并提出了相应的解决思路.最后展望了手部康复训练力反馈装置的发展趋势.     

基于力反馈设备的文检虚拟触摸鉴定方法

传统的文件检验鉴定是在显微镜中观察文件检材并鉴定文件真伪,针对这种文检方法缺少高度信息且不能全面反映文件物证特征的缺陷,提出一种基于力反馈设备的文检虚拟触摸鉴定方法。该方法是通过阴影恢复形状法获取文检图像的相对高度信息后在虚拟现实中三维重构和渲染,在重构的三维模型上采用力反馈设备触摸鉴定。实验表明,这种虚拟三维重构技术将文检鉴定方法由二维扩展到三维,并且采用力反馈触摸比对可以给鉴定人员直观的触觉感受,从而使文检鉴定由单纯的视觉变为视觉、触觉一体的鉴别,提高了鉴别的可靠性。     

一种提高基于线绳的力反馈设备显示阻抗范围的方法

提出一种通过动态调整线绳预紧力提高基于线绳的力反馈设备显示阻抗范围的方法．介绍了基于线绳的力反馈设备的基本结构, 从能量耗散的角度分析了线绳张力对设备显示高刚度虚拟物体时稳定性的影响,并分析线绳预紧力与力觉交互透明性之间的关系． 为同时满足稳定性和透明性的要求,根据设备操作末端与虚拟物体的接触状态,对线绳的预紧力进行动态调整．实验结果表明, 该方法能够在保持设备透明性的同时,有效提高其稳定性,从而提高设备显示的阻抗范围．     

基于非线性力反馈模型的软组织变形仿真

虚拟手术仿真研究中反馈力一般采用线性模型,但软组织的反馈力往往呈现出非线性的特点.通过对软组织生物力学特性的分析,将非线性性质应用到软组织力反馈模型的研究.在保持原线性反馈力方向不变的前提下,加入非线性扰动,建立了反馈力的非线性模型,从而使反馈力更加真实.首先构建了人体肝脏物理模型,然后给出了非线性力反馈模型方程,并对人体肝脏物理模型变形和反馈力进行了仿真.为了减小计算量采用了整体刚度矩阵缩减算法.仿真结果表明该模型有较好的非线性和可调节性.     

基于液体智能材料的被动力反馈数据手套

磁流变液体是一种液体智能材料,在磁场作用下,其流变学特性能在毫秒级时间内发生剧烈的变化.利用磁流变液体的特殊性能,设计了一种新型力反馈数据手套.详细地阐述了组成该新型数据手套的力反馈装置,包括其原理、结构和控制电路等.在遥操作机器人系统中,利用这种新型力反馈数据手套,操作者能够在本地虚拟环境中,充分获取和控制机器人与环境之间相互作用,实现良好的力觉临场感.     

磁流变液装置及其在力反馈数据手套中的应用

在传统数据手套的基础上,利用磁流变液这种智能材料的力学性能,设计了一种带力反馈功能的新型数据手套。该新型力再现数据手套的核心部件是其硬度可控装置。文中对硬度可控装置的原理、结构和控制电路等进行了详细的阐述。在机器人遥控操作中,利用这种新型数据手套结合图形仿真,操作者能够在本地虚拟环境中,充分掌握远地机器人与真实环境之间相互作用的关系,实现良好的力觉临场感。     

虚拟手术仿真中人体软组织形变技术的研究

对虚拟手术仿真中人体软组织形变技术进行深入研究,利用OpenGL三维图形标准建立了基于质点-弹簧物理模型的虚拟人体软组织形变系统。围绕虚拟手术仿真中人体软组织形变的逼真度和实时性两大要素展开研究,通过对比四边形网格结构提出了改进的基于质点-弹簧模型的正六边形几何拓扑结构,并对软组织形变动力学模型及其数值积分算法、软组织形变力反馈计算模型进行了讨论,针对以往的虚拟手术器械与软组织表面接触时作用点的最近邻质点求取算法存在的不足,提出了改进的求取算法。实验结果表明,改进的算法在模拟软组织形变时具有较好的稳定性和实时性。     

基于力反馈的桌面立体显示与交互系统研究

针对人体对真实空间中三维立体虚拟图像的成像和直接交互问题,提出了包含虚拟立体成像和基于线绳的力反馈设备的立体交互系统设计方法。立体图像的产生方法是通过编程建立一个VC工程,实现了三维对象模型的导入和左右视差图像的产生;人手指末端位置的检测是通过电机的增量式光电编码器测量出线绳长度,进而利用线绳的空间几何关系求出的;根据手指末端位置与虚拟图像的位置关系,利用空间几何关系来合成线绳拉力。在系统中导入对象模型并且进行交互的实验表明:系统具有良好的成像效果和交互效果。