摘要：结合力触觉感知的需要,设计了一种具有三维力反馈的手控器。介绍了三维力反馈手控器的工作原理及其控制电路的设计,该手控器通过电机驱动器控制手控器的三维输出,通过电机编码器获取人手运动所产生的运动三维编码信息,采用C8051F340的USB接口以方便上下行控制数据的通信,采用上、下行FIFO输入输出缓冲器以降低对控制器的实时性要求。最后设计了虚拟环境有限空间弹性球运动实验进行功能验证,并对所设计的手控器样机进行了性能测试。结果表明,所设计的手控器控制电路满足了手控器力反馈控制的需要,性能良好。

摘要：针对被动型氢钟超均匀C场设计问题,提出了一种数值计算和优化方法.利用Biot-Savart定理、高斯定理及安培环路定理,分别得到圆柱形磁场筒的轴线磁感强度解析式以及轴线外磁感强度的级数表达式,并利用所得公式,通过数值计算的方法得到了整个磁场筒内部磁感强度的数值解.采用在磁场筒的两端各加上2组补偿线圈的方法补偿有限长螺线管线圈两端的磁感下降,并且根据数值计算结果优化补偿线圈的各个参数,使得磁场筒中心轴线上磁场相对均匀度优化达到了99.8%以上,且整个储存泡空间区域内磁场相对均匀度达到了99.5%以上.最后,得出了一套合理优化的C场磁筒的加工参数.为提高原子谱线的信噪比奠定了基础.

摘要：为了克服目前力反馈数据手套存在的安全性差、力再现范围小等不足,提出了一种磁流变液被动力觉驱动器实现方法.利用液体智能材料磁流变液在磁场作用下毫秒级时间内能连续、可逆地由牛顿流体状态转变为类似固体状态的特殊性能,设计了一种被动力觉驱动器;介绍了该驱动器的结构和实现原理,利用电磁场有限元分析方法分析了驱动器的电磁特性,在此基础上建立了驱动器的动力学模型,讨论了输出力的动态范围并进行初步实验验证.最后利用研制的驱动器原型构建了单手指力反馈数据手套并进行了初步实验.实验结果证明,基于磁流变液的被动力觉驱动器利用流体传递力,增加了输出力的稳定性,多旋转片结构使输出力增大2倍,并具有安全性好、力再现范围大等优点.

摘要：分析了温度触觉感知特性,提出了手指和物体接触时各自表面的温度变化过程,结合单热源温度触觉再现装置设计了一种基于三维力反馈手控器的虚拟环境温度触觉再现仿真系统。手控器可控制虚拟手的动作,对虚拟物体进行温度和力的感知。仿真系统中能再现手指与不同热属性物体接触时的温度变化和力变化,且视觉效果逼真,体现了温度触觉再现的实时性和有效性。

摘要：为提高软组织变形仿真的精度与实时性,提出一种新颖的、基于物理意义的层状菱形链连接模型.该模型中每层各个链结构单元相对位移的叠加对外等效为物体表面的变形,与之相连的弹簧弹性力的合力等效为物体表面接触力.利用6-DOFDelta手控器构建了力触觉交互实验系统,使用虚拟软组织模型进行按压、拉拽等交互操作,并通过反馈力产生触觉感.实验结果表明,该模型不仅计算简单,而且能够保证触觉接触力和变形计算具有较高精度;同时在交互过程中,力触觉感觉平稳、模拟效果逼真、满足虚拟现实系统对精细作业和实时性的要求.

摘要：针对图像纹理力/触觉再现技术中用灰度变化表征纹理所导致的彩色图像在灰度变换后丢失纹理信息的缺点,用颜色变化表征纹理,提出彩色图像的纹理力/触觉渲染方法.该方法中,切向力的计算基于像素力场算法,法向力的计算基于惩罚算法,根据颜色和空间感的心理学效应提出由亮度和色调决定约束空间,合力通过手控器反馈给操作者.实验结果表明,文中方法能够有效地对彩色图像纹理进行力/触觉渲染.

摘要：基于半无限体模型,研究了热触觉感知的机理.设计了热触觉显示装置,通过控制半导体制冷器的温度变化来实现热触觉显示.该装置的控温范围为-10～60℃,温度分辨率和精度分别为0.02和0.1℃,升温或降温速率大于10℃/s.定制了柔性镍金属薄片式温度传感器,尺寸为8 mm×20 mm×0.6 mm,时间常数τ<0.15 s.检测了手指与物体接触面处手指皮肤的实时温度变化,并基于此温度变化控制热触觉显示装置,使热触觉接触面的温度变化无限逼近真实热触觉的手指皮肤的温度变化,从而复现人手指触摸真实物体的热触觉.开展了虚拟环境材质识别实验,材质识别正确率在70%以上.实验结果表明,该热触觉显示装置和热触觉复现方法能够复现真实的热触觉,有很强的真实感和沉浸感.

摘要：如何设计出交互性好、逼真、高实时性的虚拟手术仿真系统是当前虚拟手术领域研究的热点,以一种新颖的基于物理意义的层状菱形链连接模型为基础,利用SenAble Technologies公司生产的PHANTOM OMNI交互设备,搭建了支撑双通道力/触觉交互的虚拟肺手术仿真系统。通过虚拟双手对正常肺组织与肺硬块在多点交互下的按压、拉拽等变形仿真,分析了该系统的应用情况和性能指标。实验结果表明,将该模型应用于虚拟手术研究中,系统能动态实时逼真地模拟软组织的变形过程,反馈的力/触觉信息真实稳定,为虚拟手术仿真的实用化探索出一条可行的道路。

摘要：设计了一种能提供真实感的、基于物理意义的温度触觉复现设备.首先研究了人体与各种不同材质物体之间接触过程的传热过程,据此设计了一个可通过控制珀尔贴表面温度的变化来模拟这一过程的装置.该装置复现部分是由4个15 mm×15 mm的珀尔贴构成的4个独立热源,在温度控制部分增加了反馈和接触检测电路.系统能实现较高的升降温速率,通过对表面温度实时精确控制,可复现各种不同的温度变化曲线.在此基础上提出了一种创新的、基于温度补偿曲线的方法来模拟人手指触摸不同材质时的感觉.多热源复现装置小巧灵活,将来可方便地集成于机器人灵巧手上.最后,通过一系列的温度触觉复现实验,证明了本装置的有效性.

摘要：文中介绍了一种小型的多源表面温度信号发生装置的硬件设计。该装置采用4个15 mm×15 mm的珀尔贴作为温度信号发生源,通过实时精确的硬件控制和算法,可在其表面快速发生一定温度范围内、任意波形的温度信号曲线。设计了一种集成度高、简单高效的压控恒流源电路,能够输出大小、方向精密可控的电流,来控制珀尔贴的发热。系统核心部分采用了带反馈的闭环控制电路,采用PID算法实时控制,很好的实现了装置的设计目标。系统还包含室温检测、压力传感检测等辅助部分。整个装置通过RS-232串口与上位机软件进行通信,能通过学习来复现给定的温度信号曲线。