基于流固耦合的指端射流觸覺機理研究.pdf

1、觸覺顯示系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實技術的研究重點，當在虛擬裝配、虛擬手術、遙機器人、動漫觸覺等應用中需要感知對物體的抓握狀態(tài)和材質等信息時，觸覺顯示系統(tǒng)是必不可少的選擇，而觸覺信息的引入可以增強觸覺顯示系統(tǒng)的真實感，營造良好的沉浸效果。作為一種新型觸覺顯示技術，射流觸覺能夠重現(xiàn)接觸物體時產(chǎn)生的粗糙度，紋理，表面輪廓等信息，且具有溫和舒適，易于形成多維度融合刺激等特點，但在系統(tǒng)模型研究方面很不充分，在射流場及能量流方面的研究非常初步，對射流與皮膚之間

2、的相互作用機理及模型等尚未展開深入研究，而建立正確的觸覺研究模型和確定表征觸覺顯示的特征參數(shù)是觸覺顯示技術的基礎，也是射流觸覺顯示系統(tǒng)的設計和紋理再現(xiàn)研究的依據(jù)。因此，本文通過建立手指和射流場有限元模型，以及射流觸覺有效表征參數(shù)，從數(shù)值模擬和射流觸覺實驗兩方面對射流觸覺進行研究，從而為射流觸覺顯示系統(tǒng)的設計提供依據(jù)，并為紋理再現(xiàn)打下基礎。
　　本文首先從幾何結構和物理屬性入手建立準二維非線性手指模型和射流噴嘴流體模型，并根據(jù)前人的

3、指端在體力學實驗對模型進行驗證。根據(jù)實際的射流觸覺顯示系統(tǒng)工作原理，采用流固耦合方法，選擇ANSYS Workbench中System Coupling作為耦合平臺，對靜態(tài)和動態(tài)射流載荷采取不同的耦合控制策略，并對射流與指端耦合結果進行分析，建立射流觸覺表征參數(shù)。
　　然后從數(shù)值模擬方面進行射流觸覺生物力學研究，主要對靜態(tài)射流載荷、階躍載荷和正弦變化射流載荷作用下指端的力學響應進行分析。在此研究基礎上，建立多噴嘴陣列射流觸覺模型，