手指隨動式力-觸覺再現(xiàn)裝置研制與系統(tǒng)實驗研究.pdf

1、當前,人機交互技術研究是發(fā)展得最快的領域之一,應用于虛擬現(xiàn)實、遙控機器人及遠程醫(yī)療等的力/觸覺交互技術應用潛力已經(jīng)開始展現(xiàn),人類不同感覺通道的結合對用戶的體驗是十分重要的,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一步提高人類的沉浸感,因此,能夠?qū)崟r、準確地再現(xiàn)力覺和觸覺的力/觸覺交互系統(tǒng)設計顯得越來越重要。本文設計了手指力/觸覺交互系統(tǒng),能夠?qū)崟r有效地再現(xiàn)虛擬環(huán)境中的力覺和觸覺。
　　首先,對擠壓氣膜效應進行了簡要的分

2、析,設計了變摩擦觸覺感知裝置,并將其與單自由度力覺再現(xiàn)裝置進行集成,組成了手指隨動式力/觸覺再現(xiàn)裝置。建立了手指力/觸覺虛擬交互系統(tǒng),并編寫了人機交互系統(tǒng)軟件,通過通訊的設置將設備與虛擬環(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)動力學模型,并根據(jù)電路理論知識將其轉(zhuǎn)化為二端口網(wǎng)絡模型,同時對系統(tǒng)性能進行了深入分析,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,并使用仿真工具進行了理論驗證。
　　再次,利用觸覺感知平臺進行了摩擦系數(shù)標定實驗,通過曲線擬合建立了驅(qū)動電壓與摩擦系數(shù)的對應關系,由此設計了虛擬物體質(zhì)感和紋理再現(xiàn)的控制信號。建立了包括人、設備、虛擬環(huán)境在內(nèi)的閉環(huán)控制系統(tǒng),并設計了壓電振子驅(qū)動控制方案,編寫了系統(tǒng)控制界面。
　　最后,進行了手指力/觸覺交互系統(tǒng)實驗研究,搭建了系統(tǒng)實驗平臺,并通過虛擬力再現(xiàn)實驗以及質(zhì)感和紋理再現(xiàn)實驗驗證了本設計用于手指力/觸覺再現(xiàn)的可行