基于流固耦合的指端射流觸覺(jué)機(jī)理研究.pdf

1、觸覺(jué)顯示系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究重點(diǎn)，當(dāng)在虛擬裝配、虛擬手術(shù)、遙機(jī)器人、動(dòng)漫觸覺(jué)等應(yīng)用中需要感知對(duì)物體的抓握狀態(tài)和材質(zhì)等信息時(shí)，觸覺(jué)顯示系統(tǒng)是必不可少的選擇，而觸覺(jué)信息的引入可以增強(qiáng)觸覺(jué)顯示系統(tǒng)的真實(shí)感，營(yíng)造良好的沉浸效果。作為一種新型觸覺(jué)顯示技術(shù)，射流觸覺(jué)能夠重現(xiàn)接觸物體時(shí)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(diǎn)，但在系統(tǒng)模型研究方面很不充分，在射流場(chǎng)及能量流方面的研究非常初步，對(duì)射流與皮膚之間

2、的相互作用機(jī)理及模型等尚未展開(kāi)深入研究，而建立正確的觸覺(jué)研究模型和確定表征觸覺(jué)顯示的特征參數(shù)是觸覺(jué)顯示技術(shù)的基礎(chǔ)，也是射流觸覺(jué)顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和紋理再現(xiàn)研究的依據(jù)。因此，本文通過(guò)建立手指和射流場(chǎng)有限元模型，以及射流觸覺(jué)有效表征參數(shù)，從數(shù)值模擬和射流觸覺(jué)實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)射流觸覺(jué)進(jìn)行研究，從而為射流觸覺(jué)顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，并為紋理再現(xiàn)打下基礎(chǔ)。
　　本文首先從幾何結(jié)構(gòu)和物理屬性入手建立準(zhǔn)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(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)實(shí)際的射流觸覺(jué)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(tái)，對(duì)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)射流載荷采取不同的耦合控制策略，并對(duì)射流與指端耦合結(jié)果進(jìn)行分析，建立射流觸覺(jué)表征參數(shù)。
　　然后從數(shù)值模擬方面進(jìn)行射流觸覺(jué)生物力學(xué)研究，主要對(duì)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(xué)響應(yīng)進(jìn)行分析。在此研究基礎(chǔ)上，建立多噴嘴陣列射流觸覺(jué)模型，