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面向电磁式力触觉再现的三维电磁作用力测量系统
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作者 钱煌 陆熊 +2 位作者 张珅榕 何敏 黄晓梅 《电子测量技术》 2019年第1期45-48,共4页
基于电磁式的力触觉再现系统中,磁性单元所受电磁力的大小和精度直接决定了力触觉再现的真实感和性能。本文构建了基于微型传感器的三维电磁作用力测量系统,用以验证通过有限元仿真方法得出的磁性单元受力的正确性。以实际绕制的线圈为... 基于电磁式的力触觉再现系统中,磁性单元所受电磁力的大小和精度直接决定了力触觉再现的真实感和性能。本文构建了基于微型传感器的三维电磁作用力测量系统,用以验证通过有限元仿真方法得出的磁性单元受力的正确性。以实际绕制的线圈为实验对象研究了磁性单元受力和其与线圈之间的距离关系,实验数据表明,力测量系统测得的磁性单元受力与有限元仿真结果基本一致。本文研制的三维电磁力测量系统能够验证电磁力有限元仿真模型的正确性,对于促进电磁式力触觉再现的发展具有重要的意义。 展开更多
关键词 触觉再现 电磁 有限元仿真 三维测量
柔软物体力触觉形变模型验证系统 预览
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作者 陆熊 孙浩浩 +1 位作者 万文章 陈晓丽 《国防科技大学学报》 CSCD 北大核心 2018年第5期60-64,共5页
为了验证柔性物体力-形变模型的合理性,构建了基于CC2531芯片的无线数据收发平台、力传感器测量平台和FALCON手控器位移测量平台的力-形变模型验证系统。以新鲜猪肝脏为实验对象,研究了弹性形变实验和穿刺实验的作用力与位移之间的关系... 为了验证柔性物体力-形变模型的合理性,构建了基于CC2531芯片的无线数据收发平台、力传感器测量平台和FALCON手控器位移测量平台的力-形变模型验证系统。以新鲜猪肝脏为实验对象,研究了弹性形变实验和穿刺实验的作用力与位移之间的关系;以力-形变测量数据为基础,进行了参数验证校调。仿真实验结果表明:模型中力-形变特性与实际测量值保持一致。该系统能广泛应用于柔性物体力-形变模型验证,对于促进力触觉虚拟医学仿真系统的发展具有重要意义。 展开更多
关键词 触觉再现 作用测量 无线通信 柔性物体形变模型 模型验证
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力触觉建模及再现技术研究 预览
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作者 秦伟 杭鲁滨 +2 位作者 黄晓波 付志宇 陆九如 《轻工机械》 CAS 2017年第2期48-52,共5页
力触觉再现关键技术之一是物理模型和碰撞检测算法的构建。以7自由度力触觉设备为基本构架,介绍了力触觉设备的反馈机理和电气组成;分析比较了力触觉建模的特点,研究弹簧-质点模型,给出了弹簧-质点模型的面模型和体模型的具体表现形式;... 力触觉再现关键技术之一是物理模型和碰撞检测算法的构建。以7自由度力触觉设备为基本构架,介绍了力触觉设备的反馈机理和电气组成;分析比较了力触觉建模的特点,研究弹簧-质点模型,给出了弹簧-质点模型的面模型和体模型的具体表现形式;分析了力触觉再现碰撞检测算法的优劣,实现了AABB包围盒的遍历算法。最后在Chai 3D环境构建一个操作手与虚拟柱体的力触觉交互反馈模型,分析了在3种交互情况下的反馈力情况。本文可为力触觉再现技术的深入研究提供理论参考。 展开更多
关键词 触觉再现 反馈 弹簧-质点模型 碰撞检测
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面向自然人机交互的力触觉再现方法综述 预览 被引量:2
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作者 陆熊 陈晓丽 +1 位作者 孙浩浩 赵丽萍 《仪器仪表学报》 CSCD 北大核心 2017年第10期2391-2399,共9页
力触觉再现技术借助力触觉人机接口设备,提供了操作者与虚拟环境之间的力触觉交互,使得操作者能够主动地触摸、感知和操纵虚拟物体,从而有效增强了虚拟现实等系统的真实感和沉浸感,进一步拓展了虚拟现实等技术的应用领域。传统的穿戴式... 力触觉再现技术借助力触觉人机接口设备,提供了操作者与虚拟环境之间的力触觉交互,使得操作者能够主动地触摸、感知和操纵虚拟物体,从而有效增强了虚拟现实等系统的真实感和沉浸感,进一步拓展了虚拟现实等技术的应用领域。传统的穿戴式、力反馈操纵杆式力触觉再现设备在便携性、操作空间等方面存在局限性,随着计算机技术与消费电子的快速发展,面向自然交互的力触觉再现方法受到广泛的关注。评述了传统的穿戴式、力反馈操纵杆式力触觉再现设备后,重点阐述了非固定式和非接触式的两类面向自然交互的力触觉再现方法。在对比分析不同的力触觉再现方法之间的差异后,探讨了面向自然交互的力触觉再现方法的未来发展方向。 展开更多
关键词 触觉再现 自然交互 非固定式 非接触式
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手术机器人面临的一大挑战——力触觉反馈 预览 被引量:5
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作者 郭松 杨明杰 谭军 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期499-503,共5页
机器人手术作为一种微创手术技术,由于其高度的精准性,已经得到了外科医生的广泛认可。但机器人手术最大的局限之一就是外科医生缺乏操作的"手感"(即力触觉反馈),增加了手术的不确定性和风险性,从而限制了手术机器人的进一步发展。... 机器人手术作为一种微创手术技术,由于其高度的精准性,已经得到了外科医生的广泛认可。但机器人手术最大的局限之一就是外科医生缺乏操作的"手感"(即力触觉反馈),增加了手术的不确定性和风险性,从而限制了手术机器人的进一步发展。文中从手术机器人力触觉反馈系统的组成、关键技术、以及当前的研究现状等几个方面,对该反馈系统进行了综述。力触觉反馈包括力反馈与触觉反馈。该系统的实现依赖力触觉的传感与再现,本文介绍了常用的力触觉传感器、再现设备及感觉模拟技术,并分析了各项技术的优缺点。对力触觉反馈系统在手术机器人的研究进展进行了概述。在汇总以前研究的基础上,对相关研究做了展望。 展开更多
关键词 机器人辅助微创外科手术 触觉反馈 触觉传感器 触觉再现
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力觉临场感遥操作机器人(1):技术发展与现状 预览 被引量:26
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作者 宋爱国 《南京信息工程大学学报:自然科学版》 CAS 2013年第1期1-19,共19页
人机交互式机器人作为最具实用价值的特种机器人已成为当前机器人学研究的前沿和热点.临场感(Telepresence)技术是人机交互的核心.首先,回顾了力觉临场感遥操作机器人技术的产生、发展和现状,介绍了力觉临场感遥操作机器人在核领域、... 人机交互式机器人作为最具实用价值的特种机器人已成为当前机器人学研究的前沿和热点.临场感(Telepresence)技术是人机交互的核心.首先,回顾了力觉临场感遥操作机器人技术的产生、发展和现状,介绍了力觉临场感遥操作机器人在核领域、空间探测领域与远程医疗领域的应用情况;其次,对力觉临场感遥操作机器人的4大关键技术:传感技术、力反馈与触觉再现技术、大时延控制技术和虚拟预测环境建模技术等进行了综述;还介绍了东南大学仪器科学与工程学院机器人传感与控制研究所近20年来开展临场感遥操作机器人技术研究,以及在核探测、康复医疗领域应用的情况.通过回顾与分析,指出了力觉临场感遥操作机器人技术今后需要研究的几个重点问题. 展开更多
关键词 觉临场感 遥操作机器人 机器人传感器 触觉再现 大时延 控制 虚拟环境
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力觉临场感遥操作机器人技术研究进展 预览 被引量:9
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作者 宋爱国 《机械制造与自动化》 2012年第1期 1-5,22,共6页
人机交互式机器人作为最具实用价值的特种机器人已成为当前机器人学研究的前沿和热点。临场感(telepresence)技术是人机交互的核心。对临场感遥操作机器人技术的发展和现状作了回顾,对力觉临场感谣操作机器人的三大关键技术:传感技... 人机交互式机器人作为最具实用价值的特种机器人已成为当前机器人学研究的前沿和热点。临场感(telepresence)技术是人机交互的核心。对临场感遥操作机器人技术的发展和现状作了回顾,对力觉临场感谣操作机器人的三大关键技术:传感技术、力反馈与触觉再现技术、大时延下的虚拟预测环境建模技术等进行了综述;对临场感遥操作机器人技术的最新前沿即基于生物电信息的人机交互技术进行了介绍;最后并介绍了东南大学仪器科学与工程学院机器人传感与控制研究所近10年来开展临场感遥操作机器人技术研究及应用所取得的成果。 展开更多
关键词 觉临场感 遥操作机器人 人机交互 机器人传感器 触觉再现 大时延
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肝脏三维重建中模型平滑和网格细化方法
8
作者 赵浩 张丹 陆熊 《电子科技》 2012年第4期 25-27,共3页
针对力触觉再现系统对三维模型真实性和准确性的要求,在基于二维医学图像重构肝脏三维模型的过程中,提出了一种基于B样条拟合曲线的模型平滑方法和基于最邻近点搜索插值的模型网格细化方法。前者是以最初获得的轮廓点为控制顶点,拟合出... 针对力触觉再现系统对三维模型真实性和准确性的要求,在基于二维医学图像重构肝脏三维模型的过程中,提出了一种基于B样条拟合曲线的模型平滑方法和基于最邻近点搜索插值的模型网格细化方法。前者是以最初获得的轮廓点为控制顶点,拟合出平滑的B样条曲线并重新采样,以此实现对模型的平滑操作。后者是在每一次连线构造三角形面片过程中,取两点之间的几何中心作为插值点,以此实现三维网格模型的细化。实验表明,这两种算法能够有效提高肝脏三维模型的重建效果,增强力触觉再现系统的真实性。 展开更多
关键词 触觉再现 三维重建 模型平滑 B样条 网格细化
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基于蜂窝状多孔固体结构的柔性物体模型研究 被引量:1
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作者 万文章 陆熊 《电子科技》 2012年第3期 4-7,共4页
针对虚拟手术中柔性物体仿真的实时性和真实性要求,提出了一种基于蜂窝状多孔固体结构的力触觉再现模型。该模型利用多孔固体中的蜂窝单元构建柔性物体,将受表面压力影响的三维空间细化为蜂窝形状,基于结构力学中的标准梁理论获得蜂窝... 针对虚拟手术中柔性物体仿真的实时性和真实性要求,提出了一种基于蜂窝状多孔固体结构的力触觉再现模型。该模型利用多孔固体中的蜂窝单元构建柔性物体,将受表面压力影响的三维空间细化为蜂窝形状,基于结构力学中的标准梁理论获得蜂窝单元形变和作用力关系的解析表达式,进而实现基于物理意义的柔性物体形变仿真。模型不仅具有较好的形变计算实时性,而且通过改变蜂窝单元的弹性模量、孔穴边长和内角等参数,可以实现多种线性与非线性形变仿真。基于Falcon手控器构建的力触觉再现原型系统,验证了该模型的实时性和逼真性。 展开更多
关键词 触觉再现 多孔固体 蜂窝 标准梁理论
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虚拟物体力/触觉交互算法的研究进展 被引量:1
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作者 张小瑞 孙伟 +2 位作者 宋爱国 崔桐 胡小科 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第4期637-642,647共7页
虚拟物体在受力作用时的力/触觉交互算法是虚拟环境中力/触觉人机交互的关键。分析了虚拟物体力/触觉交互算法的研究难点。介绍了当前十一种有代表性的力/触觉交互算法,并在此基础上对这些算法的优缺点进行了比较。最后对力/触觉交互算... 虚拟物体在受力作用时的力/触觉交互算法是虚拟环境中力/触觉人机交互的关键。分析了虚拟物体力/触觉交互算法的研究难点。介绍了当前十一种有代表性的力/触觉交互算法,并在此基础上对这些算法的优缺点进行了比较。最后对力/触觉交互算法的发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 虚拟现实 /触觉交互算法 人机交互 触觉再现
具有简单孔洞结构柔性体的力/触觉框架模型 预览
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作者 崔桐 宋爱国 +2 位作者 王爱民 张小瑞 陆熊 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2010年第2期 185-190,共6页
针对具有简单孔洞的柔性体提出了一种基于框架结构的力/触觉变形模型。此模型以外力接触端为公共端,根据内部孔的位置和形状构建框架。整体框架由一个或多个钢架组成,每根钢架可为单杆件或多杆件结构。当外力作用时,运用虚功原理和B... 针对具有简单孔洞的柔性体提出了一种基于框架结构的力/触觉变形模型。此模型以外力接触端为公共端,根据内部孔的位置和形状构建框架。整体框架由一个或多个钢架组成,每根钢架可为单杆件或多杆件结构。当外力作用时,运用虚功原理和Bernoulli-Euler定理求得钢架节点和虚拟固定端的变形位移,从而得到框架的变形,通过框架变形插值求解柔性体全局变形。实验结果表明,该模型方法简单,实时性好,在具体的虚拟建模力反馈工作中可操作性强。 展开更多
关键词 框架结构 /变形模型 触觉再现 反馈
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虚拟物体的力/触觉模型及再现技术研究进展 被引量:4
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作者 张小瑞 宋爱国 +1 位作者 刘佳 李建清 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第15期4555-4560,共6页
虚拟物体在受力作用时的形变建模是虚拟环境中力/触觉人机交互的关键。分析了虚拟物体的力,触觉模型及再现技术的研究难点。介绍了当前六种有代表性的力/魁觉模型:自由式形变模型、3D ChainMail模型、弹篑.质点模型、有限元模型、S... 虚拟物体在受力作用时的形变建模是虚拟环境中力/触觉人机交互的关键。分析了虚拟物体的力,触觉模型及再现技术的研究难点。介绍了当前六种有代表性的力/魁觉模型:自由式形变模型、3D ChainMail模型、弹篑.质点模型、有限元模型、Shape-Retaining Chain Linked模型、长单元模型,并在此基础上对这些模型的优缺点进行了比较。最后对力,触觉模型及再现技术的发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 虚拟现实 /形变模型 触觉再现 反馈
虚拟现实的力触觉交互技术发展现状与趋势 预览 被引量:9
13
作者 王爱民 戴金桥 《测控技术》 CSCD 2007年第10期 1-3,共3页
虚拟现实通过模拟人的视觉、听觉、力触觉等,使人处于一种与真实世界非常逼真的虚拟世界中,来感受、体验和评价虚拟世界中的场景和设备。力触觉在虚拟现实环境中有其突出优越性,力触觉使得虚拟现实环境变得真实,是唯一的既可接受周围环... 虚拟现实通过模拟人的视觉、听觉、力触觉等,使人处于一种与真实世界非常逼真的虚拟世界中,来感受、体验和评价虚拟世界中的场景和设备。力触觉在虚拟现实环境中有其突出优越性,力触觉使得虚拟现实环境变得真实,是唯一的既可接受周围环境输入又可以对周围环境输出的感知通道,可极大增强可视化表达的效果。虚拟现实的力触觉交互技术包括力触觉再现技术和虚拟环境的力触觉建模。介绍了这两方面的发展现状、存在的问题和今后的发展趋势。 展开更多
关键词 虚拟现实 触觉再现 触觉建模 交互
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弹性体力/触觉框架模型 预览 被引量:1
14
作者 崔桐 宋爱国 +1 位作者 张小瑞 陆熊 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第2期 198-203,共6页
在力/触觉建模技术中,高效的实时性与基于物理意义的准确性是与生俱来的一对矛盾.为了提高实时性与准确性的和谐程度,提出一种分析虚拟柔性体力/变形关系的框架结构模型.在柔性体内部建立一定数量并相互独立的钢架结构,运用虚功... 在力/触觉建模技术中,高效的实时性与基于物理意义的准确性是与生俱来的一对矛盾.为了提高实时性与准确性的和谐程度,提出一种分析虚拟柔性体力/变形关系的框架结构模型.在柔性体内部建立一定数量并相互独立的钢架结构,运用虚功原理计算每根钢架上节点的位移;根据接触点和节点的分布,采用分水岭法将柔性体表面分割成若干区域,通过本区域内节点和接触点的位移插值计算区域内顶点的变形,进而得到柔性体的整体变形.仿真实验结果表明,该模型简便、实时性好,在具体的虚拟建模力反馈工作中可操作性强. 展开更多
关键词 框架结构 /触觉再现 反馈 钢架模型 虚拟现实
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基于磁流变液的力/触觉再现系统研究进展 预览 被引量:3
15
作者 文辞 宋爱国 王爱民 《测控技术》 CSCD 北大核心 2009年第11期 1-5,共5页
力/触觉再现技术是当前新兴的研究领域。介绍了最近10年来基于磁流变液的力/触觉再现系统的国内外研究进展情况。总结了基于磁流变液的力/触觉再现技术的研究内容,包括执行装置的结构设计、模型研究以及再现系统控制研究,讨论了基... 力/触觉再现技术是当前新兴的研究领域。介绍了最近10年来基于磁流变液的力/触觉再现系统的国内外研究进展情况。总结了基于磁流变液的力/触觉再现技术的研究内容,包括执行装置的结构设计、模型研究以及再现系统控制研究,讨论了基于磁流变液的力/触觉再现系统开发过程中的关键技术,如提高便携式触觉接口中执行装置的力矩/重量比,减小静态力、克服被动系统力/触觉表达局限性,指出了今后发展的趋势。阐述了基于磁流变液的力/触觉再现系统的优势,并展望了其应用前景。 展开更多
关键词 /触觉再现 磁流变液 执行装置
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力/触觉再现设备的研究现状与应用 预览 被引量:11
16
作者 陆熊 宋爱国 《测控技术》 CSCD 2008年第8期 6-10,共5页
力/触觉再现技术作为一种新兴的人机交互模式在虚拟现实系统得到较多应用。力/触觉再现设备是力/触觉再现系统实现过程中必不可少的环节,受到广泛的重视和研究。讨论了力/触觉再现设备的种类和特点,分类介绍了国内外力/触觉再现... 力/触觉再现技术作为一种新兴的人机交互模式在虚拟现实系统得到较多应用。力/触觉再现设备是力/触觉再现系统实现过程中必不可少的环节,受到广泛的重视和研究。讨论了力/触觉再现设备的种类和特点,分类介绍了国内外力/触觉再现设备的研究现状,并作了分析比较。最后讨论了力/触觉再现设备在不同领域的应用,并探讨了其未来的研究发展趋势。 展开更多
关键词 /触觉再现 /触觉再现设备 虚拟现实 人机交互
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力/触觉再现虚拟现实系统的实现方法研究 预览 被引量:2
17
作者 陆熊 宋爱国 《工业仪表与自动化装置》 2008年第1期 75-78,21,共5页
力/触觉再现技术通过提供给操作者作用力的感觉,极大地增强了虚拟现实系统的真实感,并且拓展了虚拟现实技术的应用领域。该文论述了由力/触觉设备、操作者和计算机仿真环境组成的力/触觉再现虚拟现实系统体系结构,分析了系统实现... 力/触觉再现技术通过提供给操作者作用力的感觉,极大地增强了虚拟现实系统的真实感,并且拓展了虚拟现实技术的应用领域。该文论述了由力/触觉设备、操作者和计算机仿真环境组成的力/触觉再现虚拟现实系统体系结构,分析了系统实现过程中需要着重注意的系统稳定性问题,包括操作系统引入误差、作用力计算刷新率和速度估算等。最后,结合Delta力/触觉设备,实现了基于PC机的力/触觉再现虚拟现实原型系统并进行了实验。对于力/触觉再现的深入研究具有指导意义。 展开更多
关键词 /触觉再现 虚拟现实 系统稳定性 系统引入误差 速度估算
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力/触觉再现中柔性物体可视化物理形变模型研究进展 预览 被引量:7
18
作者 陆熊 宋爱国 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第11期 1389-1395,共7页
力/触觉再现技术的出现,为虚拟现实开辟了全新的应用领域,促使基于物理意义的柔性物体形变建模成为一个研究热点.系统地讨论了近年来基于物理意义的柔性物体形变建模方法,分析了基于直接构建的模型、基于连续介质力学的模型和其他... 力/触觉再现技术的出现,为虚拟现实开辟了全新的应用领域,促使基于物理意义的柔性物体形变建模成为一个研究热点.系统地讨论了近年来基于物理意义的柔性物体形变建模方法,分析了基于直接构建的模型、基于连续介质力学的模型和其他相关模型的基本思想和优缺点.对这些建模方法的性能进行了细致的比较,并探讨了柔性物体物理形变建模的未来发展趋势. 展开更多
关键词 /触觉再现 柔性物体物理形变模型 弹簧质点 连续介质
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人机交互中的力/触觉设备进展综述 预览 被引量:10
19
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... 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 /触觉再现 /触觉装置 虚拟现实 临场感
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图像的力/触觉表达技术研究综述 预览 被引量:9
20
作者 吴涓 宋爱国 李建清 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2007年第5期 1-3,9,共4页
总结了图像的力/触觉表达技术研究的现状及特点,分析了图像的力/触觉表达研究中存在的问题,并展望了该技术的发展前景。
关键词 /触觉再现 感觉替代 图像转换
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