手指隨動(dòng)式力-觸覺再現(xiàn)裝置研制與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、當(dāng)前,人機(jī)交互技術(shù)研究是發(fā)展得最快的領(lǐng)域之一,應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)、遙控機(jī)器人及遠(yuǎn)程醫(yī)療等的力/觸覺交互技術(shù)應(yīng)用潛力已經(jīng)開始展現(xiàn),人類不同感覺通道的結(jié)合對(duì)用戶的體驗(yàn)是十分重要的,雖然視覺和聽覺占據(jù)主要地位,但力覺和觸覺的加入能夠進(jìn)一步提高人類的沉浸感,因此,能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地再現(xiàn)力覺和觸覺的力/觸覺交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)顯得越來越重要。本文設(shè)計(jì)了手指力/觸覺交互系統(tǒng),能夠?qū)崟r(shí)有效地再現(xiàn)虛擬環(huán)境中的力覺和觸覺。
　　首先,對(duì)擠壓氣膜效應(yīng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分

2、析,設(shè)計(jì)了變摩擦觸覺感知裝置,并將其與單自由度力覺再現(xiàn)裝置進(jìn)行集成,組成了手指隨動(dòng)式力/觸覺再現(xiàn)裝置。建立了手指力/觸覺虛擬交互系統(tǒng),并編寫了人機(jī)交互系統(tǒng)軟件,通過通訊的設(shè)置將設(shè)備與虛擬環(huán)境緊密聯(lián)系起來,從而組成為一套完整的手指力/觸覺交互系統(tǒng)。
　　其次,建立了力覺交互系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,并根據(jù)電路理論知識(shí)將其轉(zhuǎn)化為二端口網(wǎng)絡(luò)模型,同時(shí)對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了深入分析,在保證力覺交互系統(tǒng)穩(wěn)定性、透明性和跟蹤精度前提下,采用作圖法尋求到合適的

3、控制點(diǎn),并使用仿真工具進(jìn)行了理論驗(yàn)證。
　　再次,利用觸覺感知平臺(tái)進(jìn)行了摩擦系數(shù)標(biāo)定實(shí)驗(yàn),通過曲線擬合建立了驅(qū)動(dòng)電壓與摩擦系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,由此設(shè)計(jì)了虛擬物體質(zhì)感和紋理再現(xiàn)的控制信號(hào)。建立了包括人、設(shè)備、虛擬環(huán)境在內(nèi)的閉環(huán)控制系統(tǒng),并設(shè)計(jì)了壓電振子驅(qū)動(dòng)控制方案,編寫了系統(tǒng)控制界面。
　　最后,進(jìn)行了手指力/觸覺交互系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究,搭建了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并通過虛擬力再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)以及質(zhì)感和紋理再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)用于手指力/觸覺再現(xiàn)的可行