基于气动人工肌肉力反馈数据手套的柔性物体力觉再现

为了模拟抓取虚拟环境中柔性物体的力觉感知,该文对以气动人工肌肉作为驱动器的外骨架力反馈数据手套进行了研究.利用气动人工肌肉的等压特性,建立了柔性物体模拟的数学模型,通过改变气动人工肌肉的充气压力改变其刚度系数,实现对不同柔性物体的模拟.实验结果表明:在相同的手指弯曲角度下,手指的受力随着气动人工肌肉充气压力的增大而增大,因而能够模拟抓取虚拟环境中柔性物体的力觉感知.     

适用于力反馈数据手套的被动力觉驱动器

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.     

一种用于力觉再现的柔性体变形仿真弹簧-质点模型

提出一种新型的在虚拟现实中可实现的弹簧-质点力/变形模型.它按质点连接顺序划分层次,以受力网格为第1层,构建类似同心环状的弹簧-质点系统.施力刚体以点接触的方式与柔性体进行力交互作用.运用虚功原理,结合施力刚体与受力柔性体组成的系统中虚拟力和质点位移的关系,区别于以往对局部变形的研究,对柔性体进行全局变形分析.柔性体变形是整个柔性体表面质点在力平衡条件下位移变化累加的结果.利用DELTA 手控器对柔性体的接触变形以及实时虚拟力反馈进行仿真,实验表明所提出的方法适用于柔性体的力反馈计算,满足精细作业对虚拟现实系统的要求.     

虚拟环境下人工拆卸的实现

从产品装配性分析的角度出发 ,提出了在虚拟环境下进行人工装配 (拆卸 )的方法 .借助数据手套、头盔装置等输入输出设备 ,在虚拟环境下操作者可以对装配体中的零件进行抓取、移动 ,并记录装配体拆卸顺序与各零件的拆卸路径 ,从而为产品的装配分析提供依据 .讨论了实现虚拟人工拆卸的若干关键技术 ,并用示例说明了该方法的有效性 .     

基于变刚度与力反馈的虚拟3D画笔触觉行为

针对汽车工业中虚拟油泥模型外观设计问题,采用一种六自由度输入设备并基于实时力反馈交互技术,提出一种新型的变刚度画笔模型以及触觉装饰方法,实现在虚拟三维物体表面实时触觉绘制与外观装饰.基于变刚度弹性理论,深入研究虚拟3D画笔的触觉行为.首先,采用一种弯曲弹簧振子模型来构建3D画笔的力学模型,并分析虚拟画笔实时变形与承受的绘制力之间的内在关系;接着,基于一种加权平均距离的碰撞算法,研究虚拟画笔与虚拟3D物体之间的碰撞检测问题;采用一种球扩展操作以获得弯曲画笔的最小包围球,进而计算得到虚拟投影平面;根据在一个采样点处的画笔变形,得到虚拟投影平面上的二维笔触;通过将二维画笔笔触实时地映射到三维对象表面,便可以得到三维笔触;沿着三维绘制方向,通过控制绘制力矩并叠加不同大小、形状的3D笔触便可得到3D笔道.仿真对比实验结果表明,所采用的画笔模型及方法可以有效增强用户虚拟绘制时的真实性.     

一种用于手语识别的新型数据手套

介绍一种新型的用于手语识别的数据手套,这种数据手套与当今广泛应用的CyberGlove型号的数据手套相比,增加了新型的接触传感器,有效地利用了汉语手语中大量的接触信息,具有价格便宜、更适合中国手语的特点和识别精确度高等优点,将之种数据手套应用于新型汉语手语识别系统,与视觉部分相结合,可以更准确地识别汉语手语词汇。     

适用于力反馈的三圆盘磁流变液执行器工作机理及建模

为了提高磁流变液执行器力学模型的精度,建立了适用于电流随机变化且包含磁滞特性的三圆盘磁流变液执行器的分段线性力矩-电流模型.分析了执行器的工作原理,推导了基于Bingham塑性模型的力矩公式.磁路由铁磁物质和磁流变液组成,说明了这2种物质的磁特性,分析了铁磁物质中存在磁滞以及在磁流变液中观察不到磁滞的原因.铁磁物质的磁滞特性影响了执行器的力矩-电流特性,实验表明力矩和电流之间存在磁滞.当电流变化过程为0-1.2-0 A时,不包含磁滞特性的二次多项式模型的残余标准差分别为8.2和11.2 N· mm,分段线性模型的残余标准差分别为5.9和6.2N·mm,分段线性模型的精度比较高.     

侧脑室穿刺术的力反馈仿真

针对侧脑室训练模型缺乏的问题,提出一种适用于侧脑室穿刺术的虚拟手术培训系统.将软组织与穿刺针交互过程产生的力分为3种,以模拟穿刺力的层次感,从而极大程度上还原穿刺手感.特别地,在形变力分析中构建软组织形变模型,并提出形变模型参数的转化方法.在3种力的基础上,提出穿刺力的力反馈计算模型,结合力反馈设备将其应用于侧脑室穿刺术中.选猪脑组织进行穿刺力实验,结果表明,猪脑穿刺的穿刺力与虚拟穿刺穿刺力间的最大差值为17.25 mN(<20 mN),力的两次突变以及变化趋势具有较高的一致性,能够最大程度上接近真实手术手感.     

一种新型分子基电流变材料的电流变性能

用β-环糊精(β-CD),磺基水杨酸(H₃A)和硝酸钇[Y(NO₃)₃]为原料,采用固相反应,合成了新型的分子基电流变材料——以β-CD为主体、H₃A为客体的包合物以及相应的配合物. 通过材料的元素分析、红外光谱和X-ray粉末衍射分析确定了材料的组成. 研究了材料的组成和介电性质与材料电流变性能的关系. 结果表明,包合物和配合物的形成都可以明显地提高主体β-CD的电流变性能,与配合物比较,β-CD与H₃A的包合物有更高的电流变活性. 材料的组成是影响材料电流变性能的重要因素.      

一种新型电荷放大器的设计方法与电路

介绍了一种新的电荷放大器的方法和电路。该电路主要由电流转换电路、恒流源电路、积分电路、模拟开关电路等组成,其突出特点是转换速度快、电路简单及输人信号范围大,适合构建成多路,在传感器测量系统中有着广泛地应用前景。     

Exoskeleton arm with force feedback for robot bilateral teleoperation

A novel 6 degrees of freedom (DOFs) wearable exoskeleton arm, ZJUESA, based on man-machine system is presented. It can be used in robot bilateral teleoperation as master arm with force-feedback. With introducing the revolute-prismatic-spherical (RPS) parallel mechanism and planetary gear mechanism, it is designed based on the anatomy of human upper-limb. With the sensors on this external mechanical structure, the human operator motion is detected and converted to the slave robot control command. Additionally the pneumatic system on it generates a force feedback by using hybrid fuzzy control. As a result, the human operator may have a feeling of doing the work directly.     

Exoskeleton arm with force feedback for robot bilateral teleoperation

A novel 6 degrees of freedom (DOFs) wearable exoskeleton arm,ZJUESA,based on man-machine system is present- ed.It can be used in robot bilateral teleoperation as master arm with force-feedback.With introducing the revolute-prismatic-spherical (RPS) parallel mechanism and planetary gear mechanism,it is designed based on the anatomy of human upper-limb.With the sensors on this external mechanical structure,the human operator motion is detected and converted to the slave robot control command.Additionally the pneumatic system on it generates a force feedback by using hybrid fuzzy control.As a result,the human operator may have a feeling of doing the work directly.     

虚拟消化道内窥镜训练系统

介绍了一种应用虚拟现实技术实现消化道内窥镜训练功能的系统.主要讨论了通过计算机三维可视技术,对医学断层影像重建得到三维训练模型;并讲解系统外设实现操作量采集和力反馈的工作原理,以及系统仿真软件采用的质点-弹簧/阻尼物理仿真模型.学员可在这一具有虚拟场景和真实力感相结合的训练环境中反复训练,从而不断提高业务操作水平.     

电流变液体的双电层模型

运用双电层模型计算了电流变液体中两球形粒子在外电场作用下的相互作用力，并用该模型分析了电流变液体的抗剪应力与外电场Ｅ０，热力学温度Ｔ，电流变液体中离子浓度ｎ０的关系，提出了今后电流变液体双电层模型的进一步研究方向。     

数字力反馈陀螺测漂系统的计算机接口设计

介绍了在采用数字式力反馈的挠性陀螺漂移测试系统中计算机接口的设计方法，针对数字式力反馈系统的特点，设计中采用可编程逻辑器件实现测试系统的计算机接口．该设计方案充分利用了器件的资源，使系统得到较高的性价比，并且得到满意的测试结果．     

游戏杆在机器人虚拟示教系统中的应用编程

分析了北通飞行摇杆BTP-C313的接口编程原理，并将装置应用到MOTOMAN机器人虚拟示教系统中，给出了验证实例，实现了对机器人的虚拟示教等人机交互操作。     

压力触控下虚拟现实应用框架的探索与研究

针对虚拟现实技术传统项目中互动不足问题,提出应用目前移动终端最新的交互技术-压力触控技术和触觉反馈技术,提升虚拟现实应用项目在触觉交互方面的性能.通过对压力触控技术的研究,提出一种基于压力触控的虚拟现实应用开发的技术框架,实现了压力触控技术API交互接口统一封装和虚拟现实应用开发接口的统一管理.在此平台上开发了两个虚拟现实应用项目,证明了技术框架的可行性,以及压力触控技术对虚拟现实系统的交互性能的提升.