力觉交互技术是虚拟现实人机交互技术的研究热点之一。在虚拟装配系统中集成力觉交互技术,不仅能让操作者更好地感知虚拟装配环境,还可以提升操作者执行虚拟装配任务的效率。针对面向虚拟装配的力觉交互技术在应用层面上存在的不足,本文从力觉交互设备和力觉交互算法两方面着手开展研究,主要工作内容包括:(1)简要分析了力觉交互设备的组成结构和工作原理,并根据虚拟装配应用的使用需求,自主研发了一款面向虚拟装配的三自由度力觉交互设备。本文重点介绍了该设备的设计指标、设计原则,以及软硬件交互接口的设计与实现。(2)根据机械装配与虚拟装配技术的特点,将装配操作划分为自由操作、装配定位和装配约束三个阶段,并在此基础上提出了各阶段的虚拟力觉交互算法。在自由操作阶段提出了基于物理属性仿真的操作力模型;在装配定位阶段,根据不同配合类型给出了相应地定位阻力模型和定位引导力模型;在装配约束阶段,建立了面向不同配合类型的装配阻力模型。(3)基于Visual Studio 2012平台开发了虚拟装配原型系统,并集成了自主设计的力觉交互设备和力觉交互算法,实现了机械零件虚拟装配过程中的力觉反馈功能。本文重点介绍了该系统中若干关键技术的实现方法,并应用具体机械零件装配进行了实例验证。(4)设计了多组对比实验,对本文提出的定位阻力模型和装配阻力模型的可用性进行了评估。结果表明,定位阻力模型能够在装配定位阶段给用户带来更好的装配定位操作体验,而装配阻力模型的引入有助于提升用户在装配约束阶段的操作体验。