【摘 要】
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触觉反馈是一种通过多种方式刺激人体表皮感知系统,再现人体触觉感知的技术。不同于人体感官中的视觉和听觉,触觉因其复杂的生成机制使得它的再现也现极其困难。无论是在日常生活中与外界进行交互,还是在工作中进行复杂的任务操作,触觉都在其中扮演着不可或缺的角色,这也由此催生了触觉反馈领域的发展。在空间遥操作和虚拟现实等人机交互领域中,作为操作者在执行任务时迫切的需要获得实时的触感,相比于对现场环境中声音和图像
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触觉反馈是一种通过多种方式刺激人体表皮感知系统,再现人体触觉感知的技术。不同于人体感官中的视觉和听觉,触觉因其复杂的生成机制使得它的再现也现极其困难。无论是在日常生活中与外界进行交互,还是在工作中进行复杂的任务操作,触觉都在其中扮演着不可或缺的角色,这也由此催生了触觉反馈领域的发展。在空间遥操作和虚拟现实等人机交互领域中,作为操作者在执行任务时迫切的需要获得实时的触感,相比于对现场环境中声音和图像的再现,实时的触觉反馈无论是对于远程操作还是虚拟任务训练来说都更加重要,它不仅能使操作者产生身临其境的感受,更能够帮助操作者更加精确的完成任务。在众多的触觉反馈方式中,柔性反馈技术因其驱动方式简单,结构多样,且与人体完美兼容的特点受到了科研人员的广泛研究。柔性驱动器可以完美的与人体进行结合,并在人体活动的同时可随之变形,在驱动的同时为人提供触感,能够更加完美的适用于触觉反馈领域。本文基于麦克斯韦(Maxwell)电场力和液力传动原理,设计了一款可应用于触觉反馈领域的电液压柔性驱动器。该驱动器可由Maxwell电场力提供驱动,在驱动器的中心区域实现位移和力的输出,其输出特性能够满足为人体再现触感的需要,开展的主要设计与实验工作如下:(1)根据Maxwell电场力及液力传动原理设计了电液压柔性驱动器,并且对所设计的结构进行了建模分析,应用软件comsol对驱动器在驱动过程中内部电场分布进行仿真分析,确定了结构设计的正确性。通过实验得出了驱动器各个部件的最佳尺寸和各个部件对于驱动器驱动过程中的影响,设计了带有特殊绝缘层且耐高压的电液压柔性驱动器。(2)搭建了完整的驱动器输出特性测量平台,通过实验发现了电液压柔性驱动器的内部注油量对驱动器输出位移的影响,并获得了驱动器的最佳注油量。建立了输入电压与驱动器输出位移和输出力之间的关系,通过对输出特性分析得到了高频方波电压这种适用于电液压柔性驱动器的最佳电压输入方式。(3)设计搭建了应用于遥操作领域的完整触觉反馈操作系统,包括近端可实现反馈的触觉反馈手套和远端能够进行遥操作的远程机械手。通过对机械手端力传感器与近端电液压柔性驱动器进行数据匹配,实现了在传感器端收集到的不同大小的力时,电液压柔性驱动器可以输出不同大小的位移的目标,验证了该驱动器在可穿戴设备上的实用性。
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