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柔性环境下的触觉再现接口技术

作者：祝钦 Publish: 2007-3-6 Hits:-

【中文题名】

柔性环境下的触觉再现接口技术

【英文题名】

Haptic Display Interface Technology in Soft Environment

【学科专业】

测试计量技术及仪器

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-3-6

【中关键词】

触觉再现,虚拟现实,遥操作,传感器,数据采集,

【英关键词】

Haptic Display,Virtual Reality,Teleoperation,Sensor,Data Acquisition,

【分类导航】

工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>机器人技术>机器人>

【论文摘要】

触觉再现装置是一类重要的人机接口装置。随着虚拟现实技术和交互式遥操作机器人技术的发展,设计一个能够准确、实时地再现触觉特性的人机接口装置显得尤为重要。本文提出了一种具有实时触觉反馈作用的人机接口装置的设计方法。该装置采用丝杆螺母传动机构,通过对直流伺服电机的位置控制,实时、精确地控制弹性梁的有效长度。通过改变弹性梁的有效敏感长度,快速改变弹性梁的刚度(弹性系数),从而使操作者可以感知到虚拟物体或遥操作机器人作用对象刚度或柔性的变化,保证了触觉再现的实时性和准确性,使操作者可以产生“身临其境”的触觉感知效果。该触觉感知再现装置最大的特点是可以定量地再现虚拟物体或遥操作物体的刚度或柔性,而现有的一些装置只能非定量地模拟触觉信息。此外,它还具有尺寸小、刚度再现范围大、刚度(或弹性系数)变化迅速等特点,可以广泛应用于虚拟现实技术以及遥操作机器人远程作业中。本文详细介绍了该人机接口触觉再现装置的基本原理,软、硬件系统方案设计及实现方法。同时还设计了一系列的触觉感知实验,基于该装置针对人的触觉特性进行了研究。

【论文题纲】

摘要	5-6
ABSTRACT	6-9
第一章绪论	9-12
1.1 研究触觉再现的意义	9
1.2 国内外研究动态	9-10
1.3 本论文的主要工作	10-12
第二章触觉再现系统方案论述	12-16
2.1 工作原理	12-14
2.2 系统方案设计	14-16
第三章触觉再现系统的硬件设计	16-31
3.1 机械装置设计	16-19
3.1.1 零件、装配体设计	16-18
3.1.2 机械加工	18-19
3.2 信号采集系统	19-24
3.2.1 传感器的选型与标定方法	19-21
3.2.2 信号调理电路的设计	21-23
3.2.3 数据采集卡选型	23-24
3.3 直流伺服控制系统	24-31
3.3.1 方案设计	24-25
3.3.2 伺服电机	25
3.3.3 基于DSP的数字伺服控制驱动系统	25-29
3.3.4 光电编码器	29
3.3.5 基于PC的控制原理	29-31
第四章触觉再现系统的软件设计	31-46
4.1 软件设计概述	31-32
4.2 电机控制部分的软件设计与实现	32-37
4.2.1 概述	32-33
4.2.2 实时位置控制部分的设计	33-34
4.2.3 复位与限位部分的设计	34-35
4.2.4 具体的实现方法	35-37
4.3 数据采集、显示以及存储部分的软件设计与实现	37-41
4.3.1 数据采集卡编程	37-39
4.3.2 数据图形化显示的设计与实现	39-40
4.3.3 数据存储的设计与实现	40-41
4.4 基于OpenGL的虚拟环境建模	41-46
4.4.1 OpenGL简介	41-42
4.4.2 OpenGL在Windows下的状态机制	42
4.4.3 VC++下的自定义CopenGL类	42-43
4.4.4 在对话框工程中OpenGL编程的实现	43-46
第五章实验研究	46-53
5.1 实验目的	46
5.2 实验设计	46-49
5.2.1 实验点的选取以及操作步骤	47-48
5.2.2 实验环境以及受试人员的选择	48-49
5.2.3 最终实验设计方案	49
5.3 实验结果	49-53
第六章结论	53-54
致谢	54-55
参考文献	55-58
作者在学期间发表的论文	58

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.382046



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