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人机交互中的力/触觉设备进展综述 被引量:11
1
作者 王爱民 戴金桥 《工业仪表与自动化装置》 2007年第2期14-18,25,共6页
在虚拟现实和遥操作系统中,力/触觉接口是非常重要的人机交互设备。目前的力觉装置有外骨骼和固定设备、数据手套和穿戴设备、点交互设备和专用设备等,这些力觉装置中采用气动、液压、电机或磁场等驱动的主动式力反馈居多,也有基于液体... 在虚拟现实和遥操作系统中,力/触觉接口是非常重要的人机交互设备。目前的力觉装置有外骨骼和固定设备、数据手套和穿戴设备、点交互设备和专用设备等,这些力觉装置中采用气动、液压、电机或磁场等驱动的主动式力反馈居多,也有基于液体智能材料的被动式力觉反馈。触觉的实现方法主要有由电磁(螺线管、发声线圈)驱动的机械振动,压电晶体、形状记忆合金驱动的探针阵列,气动系统,热力泵(塞贝克效应)系统等。 展开更多
关键词 力/触觉再现 力/触觉装置 虚拟现实 临场感
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力反馈虚拟手术器械的设计 被引量:6
2
作者 张艳 谢叻 +1 位作者 杨扬 李国杰 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2008年第1期93-95,99,共4页
设计了一种二维虚拟手术器械,提出一种机械结构设计方案,以及软件实施方案。研究了虚拟手术器械设计中一些关键问题,如元器件选择,电机堵转等,并通过实验建立了电机堵转状况下的力矩模型。
关键词 力反馈 触觉装置设计 虚拟手术 堵转
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虚拟手术中具备触觉功能的软组织交互技术 被引量:6
3
作者 贾世宇 潘振宽 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第8期2076-2080,共5页
研究了虚拟手术中用户通过触觉设备与软组织进行交互操作的技术。所用触觉设备为Phantom Desktop,交互操作包括切割、触摸和抓取。为了克服用户手的颤抖产生的触觉反馈力振荡,切割中的反馈力使用代理的方法计算,反馈力由刀锋阻力和刀面... 研究了虚拟手术中用户通过触觉设备与软组织进行交互操作的技术。所用触觉设备为Phantom Desktop,交互操作包括切割、触摸和抓取。为了克服用户手的颤抖产生的触觉反馈力振荡,切割中的反馈力使用代理的方法计算,反馈力由刀锋阻力和刀面约束力构成。触摸和抓取操作使用作用球的方法,根据作用球的入侵体积来计算作用力和反馈力,并使用力和力矩等效原则将作用力分解成顶点等效力。最后给出了使用虚拟肝脏模型进行交互操作的效果。 展开更多
关键词 虚拟手术 手术仿真 触觉设备 PHANTOM DESKTOP 力反馈
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力觉交互设备的重力补偿实验研究 被引量:7
4
作者 李思桥 张玉茹 +1 位作者 曹永刚 戴晓伟 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2007年第1期95-97,105,共4页
针对自主研发的力觉交互装置进行了重力补偿的实验研究,提出了重力补偿的实验算法,并验证了算法的有效性。首先利用拉格朗日方程的方法对机构进行重力补偿的原理性计算,得到电机为平衡重力所输出力矩的计算方法;然后以虚拟样机为基础,... 针对自主研发的力觉交互装置进行了重力补偿的实验研究,提出了重力补偿的实验算法,并验证了算法的有效性。首先利用拉格朗日方程的方法对机构进行重力补偿的原理性计算,得到电机为平衡重力所输出力矩的计算方法;然后以虚拟样机为基础,应用三维实体造型软件SolidWorks和机械动力学分析软件AD-AMS建立了力觉交互装置的虚拟样机,通过仿真分析验证了理论推导的正确性;最后通过力觉交互系统实验平台验证了重力补偿算法的有效性。 展开更多
关键词 力觉交互装置 自由空间 重力补偿 拉格朗日方程
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力反馈主手重力平衡方式改进 被引量:8
5
作者 赵汉望 范荣芳 赵臣 《机械设计》 CSCD 北大核心 2014年第7期54-58,共5页
力反馈装置不仅需要实现静平衡,同时还要降低惯性提高动态透明性。文中采用弹簧补偿重力不平衡力矩的方式,改进了主手2,3关节的平衡结构,实现了主手在各种位形下的自主平衡。对改进方案的效果验证表明,在有效工作空间中各关节残余重力... 力反馈装置不仅需要实现静平衡,同时还要降低惯性提高动态透明性。文中采用弹簧补偿重力不平衡力矩的方式,改进了主手2,3关节的平衡结构,实现了主手在各种位形下的自主平衡。对改进方案的效果验证表明,在有效工作空间中各关节残余重力矩不超过4%,工作空间中各点的不平衡力小于0.1 N,主手的惯性力减小了71.2%,很大程度上提高了主手的动态性能。 展开更多
关键词 力反馈主手 重力平衡 弹簧 改进
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基于虚拟仿真的并联构型手控器动力学建模与力反馈控制 被引量:6
6
作者 郭盛 梁艺瀚 +1 位作者 王志群 曲海波 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2015年第2期224-230,共7页
为了对结构复杂的并联构型手控器进行力反馈操作,提出一种基于虚拟仿真的动力学建模与控制方法.首先分析Maryland构型的手控器并建立其数学模型,同时在Sim Mechanics仿真环境下建立其物理仿真模型,其中仿真模型能够根据实验环境与标定... 为了对结构复杂的并联构型手控器进行力反馈操作,提出一种基于虚拟仿真的动力学建模与控制方法.首先分析Maryland构型的手控器并建立其数学模型,同时在Sim Mechanics仿真环境下建立其物理仿真模型,其中仿真模型能够根据实验环境与标定参数直接进行修正补偿.通过对比两种模型的驱动结果,证实修正后的仿真模型精度更高,可应用于动力学控制.最后按控制需求,在仿真模型基础上设计碰撞模块,搭建出半实物仿真系统,完成了根据碰撞信号在操作过程中生成水平反馈力的实验.其中手控器的受力情况与系统的仿真结果一致,证实了控制方法的可行性和准确性. 展开更多
关键词 手控器 并联机构 虚拟仿真 动力学模型 力反馈
原文传递
基于手控器触觉共享控制的主从遥操作 被引量:6
7
作者 倪涛 朱厚文 +3 位作者 张红彦 黄玲涛 郑幻飞 巩明德 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期367-372,423,共7页
为了提高主从遥操作的效率和系统的安全性,设计了能够实现主从位移控制的手控器,构建了基于虚拟墙引导主动控制模型,通过融合操作者的人工控制和机器人的视觉引导,实现机器人遥操作中主从两端的信息共享和相互引导,对手控器和从端作业... 为了提高主从遥操作的效率和系统的安全性,设计了能够实现主从位移控制的手控器,构建了基于虚拟墙引导主动控制模型,通过融合操作者的人工控制和机器人的视觉引导,实现机器人遥操作中主从两端的信息共享和相互引导,对手控器和从端作业机器人进行控制。通过搭建基于共享控制策略的手控器-机器人系统实验平台,验证所设想控制方法的有效性,最终实现了提升主从遥操作的作业效率,减轻了机器人对环境的瞬间冲击,提高了系统的安全性。 展开更多
关键词 主从遥操作 手控器 共享控制 虚拟力引导 导纳控制
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Obstacle recognition using a haptic device
8
作者 Kyungwook Noh Donghyuk Lee +2 位作者 Sunkyun Kang Jaewon An Jangmyung Lee 《Journal of Measurement Science and Instrumentation》 CAS 2013年第4期376-380,共5页
A haptic device is proposed which gives the user feedback information on their location and orientation of the obstacle through the mobile robot that detects the obstacle in an environment where the user cannot see.Mo... A haptic device is proposed which gives the user feedback information on their location and orientation of the obstacle through the mobile robot that detects the obstacle in an environment where the user cannot see.Mobile robot recognizes the exact position of the obstacle through configuring the nested ultrasonic sensor and giving feedback information to the haptic device.The haptic device consisting of five vibration motors can realize the haptic through the vibration of user's finger using the position information of the obstacle received feedback.In addition,it has high accuracy to recognize the surrounding environment and realizes the various situations with the fuzzy controller and the nested ultrasonic sensors. 展开更多
关键词 haptic device TELEOPERATION haptic feedback mobile robot obstacle recognitionDocument code:AArticle ID:1674-8042(2013)04-0376-05
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面向虚拟交互操作的力反馈主手控制系统设计 被引量:4
9
作者 王华 赵臣 王腾飞 《机械设计》 CSCD 北大核心 2015年第6期99-104,共6页
针对自主设计的力反馈主手进行控制系统设计,开发用于反馈力测量及虚拟交互试验的上位机软件。首先,对主手运动学和动力学进行了分析,确定了开环阻抗控制策略和PC+运动控制器的实施方案;然后,以Lab VIEW2010环境为开发平台,通过Active ... 针对自主设计的力反馈主手进行控制系统设计,开发用于反馈力测量及虚拟交互试验的上位机软件。首先,对主手运动学和动力学进行了分析,确定了开环阻抗控制策略和PC+运动控制器的实施方案;然后,以Lab VIEW2010环境为开发平台,通过Active X自动化技术建立上位机和下位机的通信,并应用3D Picture工具箱开发虚拟交互界面,实现了对主手运行状态的实时监控及具有3D视觉反馈和力觉反馈的虚拟交互操作;最后,利用所述的系统平台完成了静态反馈力试验和虚拟交互试验。 展开更多
关键词 力反馈主手 控制系统 阻抗控制 虚拟交互
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基于力觉交互的高速率精准操作技能训练方法 被引量:2
10
作者 卢可可 刘冠阳 +2 位作者 张玉茹 郭卫东 周墨渊 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2011年第11期215-218,共4页
介绍了用力觉交互技术进行手眼协调高速率精准操作的动作技能训练方法。提出了记录播放和轨迹智能导引两种培训模式。在记录培训模式中,采用PD控制的方法使学员被动感受专家的运动信息。在智能导引纠正模式中,学员主动操作交互设备,计... 介绍了用力觉交互技术进行手眼协调高速率精准操作的动作技能训练方法。提出了记录播放和轨迹智能导引两种培训模式。在记录培训模式中,采用PD控制的方法使学员被动感受专家的运动信息。在智能导引纠正模式中,学员主动操作交互设备,计算机根据学员的操作情况控制交互设备输出导引力或纠正力。最后,采用Omega 3DOF建立了具备触觉显示和图形显示功能的"信封靶"描绘技能训练系统样机平台,分析了力模型参数对系统稳定性的影响。实验结果证明了培训方法的可行性。 展开更多
关键词 动作技能训练 高速率精准操作 记录播放 力觉导引 力觉交互设备
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基于软组织形变力学信息虚拟手术力反馈过程仿真 被引量:3
11
作者 王沫楠 王成友 +1 位作者 刘雨铭 李召 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第4期900-906,共7页
为了更好的实现对真实手术的力触觉模拟,利用质点弹簧模型建立了人体软组织的力学模型;应用四阶龙格库塔法解决了力学模型的计算问题;基于模块化设计思想完成了力反馈设备的设计;将力反馈设备通过ADAMS平台建模与力学算法程序相连接,实... 为了更好的实现对真实手术的力触觉模拟,利用质点弹簧模型建立了人体软组织的力学模型;应用四阶龙格库塔法解决了力学模型的计算问题;基于模块化设计思想完成了力反馈设备的设计;将力反馈设备通过ADAMS平台建模与力学算法程序相连接,实现了力学信息的传送过程和力反馈设备终端获取力学信息的模拟,该仿真对整个力反馈过程的进行实现了验证。仿真结果表明:力反馈设备可以实时获取力学信息。该项研究将虚拟现实与虚拟样机技术相结合,基于力反馈器虚拟设计实现力反馈过程的仿真模拟,为虚拟手术系统前期设计提供参考和设计依据。 展开更多
关键词 软组织建模 质点弹簧模型 力反馈器 虚拟手术
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基于速度闭环的自适应力位控制算法 被引量:2
12
作者 孔民秀 游玮 +1 位作者 杜志江 孙立宁 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期409-413,共5页
针对力觉主手力控制中接触刚度时变的特殊要求,提出了一种含有速度闭环的自适应力/位混合控制算法.通过构造系统特定的标量函数,证明可以通过选择合适的自适应参数更新律,使得在该控制律和更新律的共同作用下追踪力误差是有界的,力误差... 针对力觉主手力控制中接触刚度时变的特殊要求,提出了一种含有速度闭环的自适应力/位混合控制算法.通过构造系统特定的标量函数,证明可以通过选择合适的自适应参数更新律,使得在该控制律和更新律的共同作用下追踪力误差是有界的,力误差的导数是平方可积的.利用Barbalat引理证明了该控制算法具有全局渐近稳定性.给出了主手力控制系统的体系结构,并对不同频率正弦力信号进行了跟踪实验.实验结果表明:对于同样频率的力信号,所提出的方法跟踪误差小于常规阻抗控制方法,整个控制系统稳定并具有良好的控制特性.实验分析了控制律中各关键参数对控制品质的影响. 展开更多
关键词 力觉主手 力位混合控制 自适应控制 Barbalat引理
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一种虚拟手术二维力觉交互装置的力学模型 被引量:2
13
作者 杨扬 赖芸 +1 位作者 宋亚冲 谢叻 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2010年第2期251-254,共4页
对力交互装置在虚拟手术中有着广泛的应用,作为基础研究,提出一种二维力觉交互装置的反馈力模型,通过模拟虚拟器械与肌肉组织和骨骼碰撞时的受力情况,验证模型的合理性。首先,根据人体组织的生物力学性能,参照Karnopp模型和胡克定律提... 对力交互装置在虚拟手术中有着广泛的应用,作为基础研究,提出一种二维力觉交互装置的反馈力模型,通过模拟虚拟器械与肌肉组织和骨骼碰撞时的受力情况,验证模型的合理性。首先,根据人体组织的生物力学性能,参照Karnopp模型和胡克定律提出了系统的反馈力模型;然后针对系统的性能指标,通过对肌肉和骨骼两种组织的碰撞实验,验证了设备在虚拟手术过程中反馈力实现效果。仿真结果显示,反馈力方法能较准确地仿真力的变化,准确地感知骨骼的位置,对于虚拟手术系统的实用性具有重要意义。 展开更多
关键词 力反馈 力觉交互装置 虚拟手术
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基于接触力信息的解耦式力反馈手控器 被引量:2
14
作者 宋荆洲 白杨 +3 位作者 孙汉旭 贾庆轩 高欣 王一帆 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2014年第4期477-484,共8页
针对空间遥操作任务设计一种新型的大行程力反馈手控器,该装置3个方向的运动相互解耦.对雅可比矩阵进行分析,该装置的速度传递和力传递具有各向同性.在此基础上提出一种基于接触力的速度控制方法.通过实时获取各轴的力传感器数据,得到... 针对空间遥操作任务设计一种新型的大行程力反馈手控器,该装置3个方向的运动相互解耦.对雅可比矩阵进行分析,该装置的速度传递和力传递具有各向同性.在此基础上提出一种基于接触力的速度控制方法.通过实时获取各轴的力传感器数据,得到操作者施加力的方向与大小.然后求解与期望力的差值,将其作为PID控制器的输入量.通过PID控制器控制电机速度,给出合适的控制量,驱动电机完成运动.制作实验样机进行测试,结果表明,上述方法能达到较好的控制效果. 展开更多
关键词 手控器 解耦式机构 各向同性 接触力控制 PID控制器
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具重力补偿功能三自由度力觉主手动力学研究
15
作者 曹燕燕 潘博 +1 位作者 付宜利 李坤 《哈尔滨商业大学学报(自然科学版)》 CAS 2013年第3期317-322,共6页
设计一种三自由度力觉主手,具有重力补偿功能.通过建立主手的拉格朗日方程完成了主手动力学模型的构建,得到了关节伺服电机的动力学附加力矩,实现主手重力补偿.建立虚拟样机,通过ADAMS动力学仿真证明计算结果正确.通过主手静平衡仿真分... 设计一种三自由度力觉主手,具有重力补偿功能.通过建立主手的拉格朗日方程完成了主手动力学模型的构建,得到了关节伺服电机的动力学附加力矩,实现主手重力补偿.建立虚拟样机,通过ADAMS动力学仿真证明计算结果正确.通过主手静平衡仿真分析,证明施加配重的必要性和重力补偿策略的有效性. 展开更多
关键词 主手 力觉 动力学 重力补偿
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颞骨手术虚拟触感装置设计及其运动学分析 被引量:1
16
作者 赵苗苗 桑宏强 +1 位作者 李戊星 王婧宇 《机电工程》 CAS 北大核心 2019年第10期1050-1054,共5页
针对现有颞骨手术术前培训手段存在的问题,设计了一种具有结构简单、位姿解耦、自重平衡特点的5自由度力反馈触感装置。其采用水平放置的平行四边形结构,使得前后和左右两个位置自由度均满足重力平衡;对于后3个姿态自由度,采用驱动电机... 针对现有颞骨手术术前培训手段存在的问题,设计了一种具有结构简单、位姿解耦、自重平衡特点的5自由度力反馈触感装置。其采用水平放置的平行四边形结构,使得前后和左右两个位置自由度均满足重力平衡;对于后3个姿态自由度,采用驱动电机补偿的方式实现了完全重力补偿,进而实现了整个触感装置完全重力平衡;在触感装置结构设计的基础上对触感装置开展了工作空间分析,针对触感装置的运动学模型问题,基于旋量法建立了触感装置的正逆运动学模型;利用该模型,通过推导其末端雅可比矩阵,建立了速度模型;最后,通过Matlab对机构的条件数进行了分析计算,对机构灵活性进行了评价。研究结果表明:所设计的机构满足工作空间需求,其灵活性较好、精度较高,验证了触感装置机构设计的合理性。 展开更多
关键词 颞骨 触感装置 自重平衡 工作空间 运动学 灵活性
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机器人触感装置力位解耦控制策略研究
17
作者 张海滨 《机电工程技术》 2015年第6期56-58,共3页
通过将触感装置关节处的摩擦计入到系统的动力学模型中,在现有的力位补偿方法基础上分别建立摩擦力、重力、惯性力补偿模型进行附加力补偿,对于附加位移也通过建立附加位移模型进行了补偿,从而有效地提高了系统透明性及稳定性,使触感装... 通过将触感装置关节处的摩擦计入到系统的动力学模型中,在现有的力位补偿方法基础上分别建立摩擦力、重力、惯性力补偿模型进行附加力补偿,对于附加位移也通过建立附加位移模型进行了补偿,从而有效地提高了系统透明性及稳定性,使触感装置的控制精度更高,抗干扰能力更强。 展开更多
关键词 触感装置 补偿 附加位移
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基于触觉输入输出设备的五轴加工计算机仿真
18
作者 范轩 《机械与电子》 2010年第S1期259-260,共2页
以贝塞尔曲面作为被加工表面,使用圆柱体模拟刀具,通过虚拟五轴加工,生成加工过程中的一系列点,并以这些点作为成型的机加工表面路径。这样就在触觉输入输出设备的基础上,为复杂的五轴加工模拟提供了基本编程架构。
关键词 触觉输人输出设备 五轴加工模拟 虚拟加工
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触感装置滑模控制设计研究
19
作者 李建伟 张海滨 《机械研究与应用》 2016年第2期164-165,171,共3页
针对触感装置的非线性采用滑模控制对其进行控制研究,并设计干扰观测器对模型不确定性及外界干扰进行观测,为力位补偿打下基础,同时改善了系统控制性能。
关键词 触感装置 滑膜控制 趋近律
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基于嵌入式硬件的力觉接口设备隐式力控制系统
20
作者 宋子敬 朱延河 +1 位作者 徐峰琳 赵杰 《机械与电子》 2008年第8期57-60,共4页
设计了一套以嵌入式微处理器LCP2294和专用运动控制芯片为核心的,力觉接口设备隐式力控制系统硬件平台,实现了扩展的嵌人式实时操作系统μC/OS-Ⅱ在该硬件平台上的移植,建立了面向力觉接口设备应用的多优先级多任务协调调度机制。最后... 设计了一套以嵌入式微处理器LCP2294和专用运动控制芯片为核心的,力觉接口设备隐式力控制系统硬件平台,实现了扩展的嵌人式实时操作系统μC/OS-Ⅱ在该硬件平台上的移植,建立了面向力觉接口设备应用的多优先级多任务协调调度机制。最后通过时基正弦力轨迹的跟踪实验验证,与传统的基于PC的控制系统相比本控制系统具有更好的实时性,力觉交互的透明性也得到有效提升。 展开更多
关键词 力觉接口设备 隐式力控制 嵌入式 μC/OS-Ⅱ
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