導(dǎo)納型力覺接口研制及人機(jī)交互穩(wěn)定性研究.pdf

1、視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等多感知融合的信息反饋形式將打破傳統(tǒng)人機(jī)交互的視覺反饋局限，極大提高了人機(jī)交互的靈活度和真實(shí)度。力覺接口設(shè)備是實(shí)現(xiàn)人機(jī)力覺交互的輸入輸出設(shè)備，已被廣泛應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和具有力覺臨場(chǎng)感的遙操作系統(tǒng)。力覺接口設(shè)備的研制及其力覺交互系統(tǒng)理論研究對(duì)于提高人機(jī)交互的自然性和高效性具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　在分析研究現(xiàn)有力覺交互設(shè)備后，本文提出并研制了一種新型導(dǎo)納力覺接口設(shè)備，其基于摩擦輪進(jìn)行傳動(dòng)，具有低慣量、高

2、響應(yīng)速度等特點(diǎn)。為了防止傳動(dòng)中打滑及疲勞點(diǎn)蝕等失效狀況的出現(xiàn)，對(duì)摩擦輪進(jìn)行了受力計(jì)算和疲勞強(qiáng)度校核，而后進(jìn)行了主要結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)以及電機(jī)、傳感器等元器件的選型。
　　對(duì)于力覺交互設(shè)備來說，由于其主動(dòng)釋放能量的特性，所以其穩(wěn)定性成為研究的主要問題，本文基于二端口網(wǎng)絡(luò)對(duì)力覺接口設(shè)備進(jìn)行建模，并利用二端口絕對(duì)穩(wěn)定的萊威林準(zhǔn)則對(duì)力覺交互系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，得到系統(tǒng)穩(wěn)定與各參數(shù)的關(guān)系，并且為實(shí)現(xiàn)力覺接口的設(shè)計(jì)脫離虛擬環(huán)境獨(dú)立進(jìn)行，研究了引入

3、了虛擬匹配環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方法對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。
　　基于模塊化的思想，建立了力覺接口控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，并從運(yùn)動(dòng)控制單元、采集測(cè)量單元、串行通信單元和安全保護(hù)單元四個(gè)方面對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了具體實(shí)現(xiàn)，滿足了控制周期短，操作安全等設(shè)計(jì)需求。
　　最后，建立了人機(jī)力覺交互實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行了不同比例系數(shù)及是否引入虛擬匹配環(huán)節(jié)不同情況下的虛擬彈簧模擬實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，驗(yàn)證了控制算法的有效性和系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，獲得了比較好的力覺臨場(chǎng)