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：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：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：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：传统的基于手控器单模态人机接口的移动机器人编队控制系统在进行队形变换和局部避障等复杂运动控制时效果较差。本文针对此问题提出了一种基于力反馈手控器和眼动仪双模态人机接口的编队共享控制方法。首先,将操作员的手部输入信号和视线跟踪信号分别映射为编队行进和队形切换命令。然后,设计一个由主端遥操作控制器和从端自主控制器组成的共享控制框架。主端遥操作控制器负责接收分发操作员的控制命令并接管编队行进运动控制和队形切换控制,从端自主控制器负责根据系统状态自主完成队形保持、外部避障和内部避碰等任务。最后,通过避障实验、队形切换实验和单双模态对比实验来证明该控制方法的有效性。实验结果表明,相对于传统的单模态双边遥操作控制,本文提出的控制方法降低了操作负荷,控制效率提升了17.42%。

摘要：多自由度力反馈手控器是遥操作的重要人机接口设备,提出了一种七自由度力反馈手控器测控系统的设计方案,实现对手控器末端位置的测量和向手控器输出反馈力/力矩。详细介绍了该手控器的位置检测原理、力反馈控制原理和控制器的软硬件设计。在完成系统调试后对手控器系统进行了测试,测试结果表明:设计的手控器系统测量精度达到±0.5 mm,三维平动力反馈控制精度达到5%FS,满足多自由度力反馈遥操作的需求。

摘要：多电机的协调工作是机器人控制领域的关键技术之一。提出了以C8051 F340为控制器、LMD18200为电机驱动器的解决方案。详细介绍了其硬件设计和软件实现方法。在机械手的运动控制应用中,该控制方法结构简单、可靠。

摘要：[目的]针对目前四轮农用拖拉机换挡器的特殊结构,设计了新颖的拖拉机驾驶机器人换挡机械手,将拖拉机换挡操纵杆的三维球面运动转化为直角坐标中的二维直线运动,机械手可以沿X、Y 2个方向的运动来实现选、换挡。[方法]拖拉机换挡操纵杆在X方向的换挡阻力很小,且选挡位置固定,因此在X方向采用传统的位置控制;由于拖拉机换挡操纵杆在Y方向换挡时,位置重复性差,换挡过程中的力存在时变、非线性等特征,难以通过位置控制进行纵向换挡,因此,构建基于力反馈的拖拉机驾驶机器人换挡机械手模糊PID自适应控制系统,并通过力信号的小波入位检测判断换挡手柄是否成功入位。[结果]仿真结果及在国产JINMA(金马)300E型拖拉机的换挡试验均表明:模糊PID自适应控制方法具有良好的力跟踪特性,与传统PID控制方法相比,该控制方法可实现换挡过程中PID参数的在线自整定,换挡力跟踪误差低于6%,超调量小于10%,上升时间缩短46%。[结论]基于力反馈的模糊PID自适应控制能够实现拖拉机驾驶机器人的平顺换挡,具有较强的鲁棒性和自适应能力。

摘要：微型弹跳机器人在不规则环境中作业如地震救灾中有着特殊重要作用。设计了一种新颖的跳跑式微型弹跳机器人,提出了一种实用有效的储能-驱动机构。储能-驱动机构以舵机为驱动器,带动不完全齿轮,齿轮拉动钢丝绳作用于弹簧钢片来实现机器人的储能-弹跳。机器人通过电机驱动小车轮实现快速跑动。详细介绍了整个机器人的机械结构设计以及弹跳运动和跑动运动的实现。经测试,该机器人的弹跳运动灵活,与轮式快速跑动结合,提高了适应环境的能力和运动效率。该机器人结构简单、易于控制、稳定可靠,具有良好的应用前景。

摘要：为提高柔性触觉再现的精度和实时性,设计了一种基于改变弹性梁有效长度的新型柔性触觉再现装置,讨论了该装置的设计思路和设计内容。本装置较以往的弹性梁装置有很大的改进,首先在机械结构上,使用舵机代替步进电机,减小了体积,结构更加紧凑,控制精度提高。其次在数据采集方面,使用CCD线阵将弹性梁末端位移的测量变为非接触式测量,减小了接触测量产生的阻尼误差,从而使交互的舒适性与效率得到提高,实现自然和谐的人机交互。