摘要：力/触觉反馈是虚拟现实交互技术中一种重要的交互形式。磁流变液执行器是最具发展潜力的力/触觉反馈装置。提出了一种适用于手指力反馈的便携式圆筒磁流变液执行器的设计方法,导出了基于B ingham塑性模型的阻力矩公式,分析了磁流变液特性和执行器结构参数对阻力矩的影响,并通过有限元分析进行优化设计,执行器的直径为31 mm,高度为38 mm,重200 g。实验测定了阻力矩和输入电流之间的关系,并采用二次多项式拟合。输入电流为0.6 A时,执行器产生的阻力矩为255 ***,结果表明,该执行器产生的阻力矩足以阻止手指抓取虚拟物体。

摘要：针对现有力反馈装置安全性和灵巧性不足的问题，设计了一种适用于手指力反馈的小型三圆盘式磁流变液（MRF）执行器。导出了基于Bingham塑性模型的力矩公式，分析了MRF特性和执行器结构参数对力矩的影响。采用Maxwell软件对执行器进行了有限元分析。执行器的直径为32mm，高度为18mm，重120g，输入电流为1．2A时产生的力矩为260．7N·mm，达到了操作者抓取虚拟物体所需的抓取力。建立了不包含磁滞特性的二次多项式模型和适用于电流随机变化且包含磁滞特性的分段线性模型，当电流变化区间为0～1．2A和1．2～0A时，二次多项式模型的残余标准差分别为8．2N·mm和11．2N·mm，分段线性模型的残余标准差分别为5．9N·mm和6．2N·mm，分段线性模型的精度高。

摘要：为提高支持力/触觉反馈的虚拟肝脏手术仿真系统的精度和实时性,提出了一种基于物理意义的平行菱形链连接变形模型.该模型中由于各个链结构单元中菱形的长度等比例变化,计算量小,改变链结构单元中菱形的长度和夹角就可方便地对不同的柔性体进行建模.同时还讨论了系统的结构设计、柔性体形变计算、快速碰撞检测和实时力/触觉反馈操作等.基于6-DOF Delta手控器建立试验平台,并结合力/触觉反馈计算实现了虚拟肝脏手术的拉拽、按压等变形仿真.实验结果表明,该系统力/触觉感觉平稳、模拟效果逼真,能够满足虚拟现实系统对精细作业和实时性的要求.建立简单逼真的物理变形模型和精确快速的碰撞检测算法,有助于提高虚拟肝脏手术仿真系统的性能.

摘要：睡眠呼吸暂停综合征(Sleep Apnea Syndrome,SAS)是一种发病率高,具有潜在危险性的疾病。其分析诊断主要依赖于多参数自动监测仪,其中呼吸参数是重要的检测参数。本文研究了基于温感式检测法的检测原理,分析了传感器的动态特性,探讨了干扰产生的原因,提出了干扰的抑制方法,设计了相关的检测电路和数据采集电路,实现了呼吸参数的检测。

摘要：常规旋翼无人机大都采用共线设计,只能产生竖直方向的推力,极大地限制了旋翼无人机在涉及物理交互任务时的应用。针对此问题,研究了一种双倾斜式全驱动六旋翼无人机,采用旋翼转轴非共线的设计方法,可以实现位置与姿态的独立控制。提出了一种抑制抖振的改进型积分滑模控制器,并与PID控制器、积分反演控制器和传统积分滑模控制器进行对比。仿真结果表明,所提出的改进型积分滑模控制器能够实现旋翼无人机位置与姿态的独立控制,并能够有效克服自身模型参数的不确定性以及外部的风场扰动完成定点悬停与复杂的轨迹跟踪。实物样机实验结果表明,该设计的全驱动旋翼无人机在长距离横向运动时能够保持水平姿态,俯仰角和滚转角误差控制在±2°以内。

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：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：虚拟现实技术中,纹理的力触觉表达通常需要提取纹理表面的高度轮廓特征,从而再现纹理的凹凸感,而图像纹理则反映的是纹理表面的二维灰度特征。提出了一种根据图像灰度信息恢复表面三维轮廓(shape from shading,SFS),并用于纹理的力触觉表达的方法。采用Tsai&Shah算法从二维纹理图像中恢复出表面三维微观形状,并用力触觉模型渲染。该方法无需专门仪器测量物体表面的微观轮廓,无需设计专用的纹理力触觉表达装置。实验表明该方法是可行的,并通过对实验结果的分析给出了改进方向。

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：传统欠驱动旋翼无人机的动力单元推力方向平行,无法在不改变姿态的情况下产生横向推力,限制了飞行机械臂的交互能力与应用场景。针对此问题,本文设计了一种全驱动旋翼飞行机械臂,通过倾斜动力单元的安装角度改变推力的方向,根据该结构设计了控制分配矩阵进而验证其全驱动特性,并从控制结构上实现了位置与姿态的独立控制;提出了用于接触作业的飞行机械臂的接触力控制方法,将接触检测任务分为接近阶段与移动接触阶段,采用力/运动混合控制器完成接触面法线方向上的力控制。户外实验结果表明,所设计的全驱动旋翼飞行机械臂实现了稳定飞行和移动接触作业,与欠驱动平台相比,飞行过程中的位置移动不依赖于姿态改变,姿态角稳定在±1:5°以内,且在移动接触过程中实现了接触面法线方向上的接触力控制。