三自由度人机交互力反馈装置及应用
发布时间：2021-02-18 05:58
随着虚拟现实技术的日益发展,力反馈技术作为人与环境交互的重要手段,得到了广泛关注及应用。力觉不仅能够让人体感受到物体的硬度、重量和惯性等信息,同时能够帮助人体判断物体的运动状态和运动趋势。传统的人机交互接口主要依赖于视觉听觉信息反馈,缺乏力触觉感知,容易因信息感知单一和模糊而出现判断和操作的失误,系统应用可靠性降低。作为人机交互的接口设备,在虚拟现实和遥操作系统中,能够精确提供大范围力反馈至关重要。本文针对目前国内外成熟化力反馈产品如数据手套、可穿戴设备、专用设备等存在力反馈设备量程小,体积大,结构复杂的不足,采用Solidworks设计了一款通用性强、量程大的力反馈装置结构图并设计了两款人机交互应用软件。力反馈装置下位机系统采用STM32系列单片机作为主控制器,主要完成采集力反馈装置运动位置信息、驱动力反馈执行器以及实现与人机交互软件的通信功能。并分别在Visual Studio C++结合OpenGL图形库平台和Unity 3D环境开发了两款不同的交互软件（一款是基于虚拟机械臂,另一个是基于虚拟假手）,该系统可通过力反馈装置控制虚拟场景对象完成特定任务,力觉与视觉的反馈增强了操作者...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
虚拟装配
图 1-1 虚拟装配 图 1-2 虚拟手术）遥操作机器人操作机器人系统是一种本地人的智能与远处的机器人的适应性结合应用。遥主要应用于在危险场合或者只能依靠远程操作的特定情况下，如航天，帮助有危险的高难度任务[23]。遥操作机器人工作在交互状态下时，力反馈装置为远程机器人在工作中的力觉交互信息。因此，操作者能准确实时感知机器人中的力变化，为精准调整操作指令提供可靠依据。）脑卒中康复机器人
图 1-3 GyberGrasp 力反馈手套 图 1-4 Phantom 力反馈设备1-5 所示为加拿大 MPBTechnologies 公司研制的 Freedom6S 力反馈操作手种主要以串联结构为主的六自由度手持力反馈操作器[7]。为减小本身质量操作者带来的影响，该型号操作手对其中串联结构的部分段采用并联结构联机构的刚性，保证在输出较大力反馈时不产生形变，影响位置精度。 所示的典型 6-DOF 力反馈设备，其工作空间可达 Ф 360 mm ×L 300mm，达 20N，Delta 结构的末端增加了三个转动自由度，可实现六自由度控制自由度运动范围较小，只有±20°，且该力反馈设备体积较大[8]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多模态力触觉交互技术及应用[J]. 宋爱国,田磊,倪得晶,秦欢欢. 中国科学:信息科学. 2017(09)
[2]七自由度机械臂的ADAMS/MATLAB联合仿真研究[J]. 陈罡,周奇才,吴菁,严楠. 系统仿真学报. 2017(01)
[3]基于虚拟现实的力反馈交互系统应用技术[J]. 陆九如,杭鲁滨,黄晓波,付志宇,秦伟. 轻工机械. 2016(02)
[4]人机交互力觉临场感遥操作机器人技术研究[J]. 宋爱国. 科技导报. 2015(23)
[5]基于MATLAB-Robotics工具箱的工业机器人轨迹规划及仿真研究[J]. 于天宇,李达,宋宝玉. 机械工程师. 2011(07)
[6]力/触觉再现设备的研究现状与应用[J]. 陆熊,宋爱国. 测控技术. 2008(08)
[7]虚拟现实的力触觉交互技术发展现状与趋势[J]. 王爱民,戴金桥. 测控技术. 2007(10)
[8]改进的基于AABB包围盒的碰撞检测算法[J]. 高玉琴,何云峰,于俊清. 计算机工程与设计. 2007(16)
[9]力觉交互设备的重力补偿实验研究[J]. 李思桥,张玉茹,曹永刚,戴晓伟. 机械设计与研究. 2007(01)
[10]基于包围盒的碰撞检测算法综述[J]. 马登武,叶文,李瑛. 系统仿真学报. 2006(04)
硕士论文
[1]手部力反馈装置及系统研究[D]. 李博维.东南大学 2016
[2]多自由度力反馈技术研究[D]. 胡海桦.东南大学 2015
[3]面向外科手术的力反馈型遥操作主手研究[D]. 李长军.哈尔滨工业大学 2010
[4]基于虚拟现实技术的力觉交互设备的研究与构建[D]. 李国杰.上海交通大学 2008
[5]基于力反馈的虚拟手术器械的设计与研究[D]. 张艳.上海交通大学 2008
[6]液压伺服六自由度力反馈手控器的设计研究[D]. 侯文卓.吉林大学 2006
[7]基于虚拟现实手臂外骨骼康复系统的研究[D]. 王小龙.河北工业大学 2003
本文编号：3039134
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
虚拟装配
图 1-1 虚拟装配 图 1-2 虚拟手术）遥操作机器人操作机器人系统是一种本地人的智能与远处的机器人的适应性结合应用。遥主要应用于在危险场合或者只能依靠远程操作的特定情况下，如航天，帮助有危险的高难度任务[23]。遥操作机器人工作在交互状态下时，力反馈装置为远程机器人在工作中的力觉交互信息。因此，操作者能准确实时感知机器人中的力变化，为精准调整操作指令提供可靠依据。）脑卒中康复机器人
图 1-3 GyberGrasp 力反馈手套 图 1-4 Phantom 力反馈设备1-5 所示为加拿大 MPBTechnologies 公司研制的 Freedom6S 力反馈操作手种主要以串联结构为主的六自由度手持力反馈操作器[7]。为减小本身质量操作者带来的影响，该型号操作手对其中串联结构的部分段采用并联结构联机构的刚性，保证在输出较大力反馈时不产生形变，影响位置精度。 所示的典型 6-DOF 力反馈设备，其工作空间可达 Ф 360 mm ×L 300mm，达 20N，Delta 结构的末端增加了三个转动自由度，可实现六自由度控制自由度运动范围较小，只有±20°，且该力反馈设备体积较大[8]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多模态力触觉交互技术及应用[J]. 宋爱国,田磊,倪得晶,秦欢欢. 中国科学:信息科学. 2017(09)
[2]七自由度机械臂的ADAMS/MATLAB联合仿真研究[J]. 陈罡,周奇才,吴菁,严楠. 系统仿真学报. 2017(01)
[3]基于虚拟现实的力反馈交互系统应用技术[J]. 陆九如,杭鲁滨,黄晓波,付志宇,秦伟. 轻工机械. 2016(02)
[4]人机交互力觉临场感遥操作机器人技术研究[J]. 宋爱国. 科技导报. 2015(23)
[5]基于MATLAB-Robotics工具箱的工业机器人轨迹规划及仿真研究[J]. 于天宇,李达,宋宝玉. 机械工程师. 2011(07)
[6]力/触觉再现设备的研究现状与应用[J]. 陆熊,宋爱国. 测控技术. 2008(08)
[7]虚拟现实的力触觉交互技术发展现状与趋势[J]. 王爱民,戴金桥. 测控技术. 2007(10)
[8]改进的基于AABB包围盒的碰撞检测算法[J]. 高玉琴,何云峰,于俊清. 计算机工程与设计. 2007(16)
[9]力觉交互设备的重力补偿实验研究[J]. 李思桥,张玉茹,曹永刚,戴晓伟. 机械设计与研究. 2007(01)
[10]基于包围盒的碰撞检测算法综述[J]. 马登武,叶文,李瑛. 系统仿真学报. 2006(04)
硕士论文
[1]手部力反馈装置及系统研究[D]. 李博维.东南大学 2016
[2]多自由度力反馈技术研究[D]. 胡海桦.东南大学 2015
[3]面向外科手术的力反馈型遥操作主手研究[D]. 李长军.哈尔滨工业大学 2010
[4]基于虚拟现实技术的力觉交互设备的研究与构建[D]. 李国杰.上海交通大学 2008
[5]基于力反馈的虚拟手术器械的设计与研究[D]. 张艳.上海交通大学 2008
[6]液压伺服六自由度力反馈手控器的设计研究[D]. 侯文卓.吉林大学 2006
[7]基于虚拟现实手臂外骨骼康复系统的研究[D]. 王小龙.河北工业大学 2003
本文编号：3039134
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