【摘要】： 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中,力覺模擬和再現(xiàn)是增強系統(tǒng)真實感,營造沉浸效果的基本手段之一,與之相關(guān)的研究曰益受到重視,并成為一個新的研究領(lǐng)域。目前,力覺再現(xiàn)的形式各種各樣,其中應(yīng)用比較廣泛的為力反饋數(shù)據(jù)手套。 本文提出并設(shè)計了一種基于氣動肌肉的外骨架式雙向力反饋數(shù)據(jù)手套,只對指尖施加單點作用力,無需對每個手指關(guān)節(jié)施加力。使得整體結(jié)構(gòu)簡單,重量輕,與手指的固定更牢固,便于控制。該數(shù)據(jù)手套能夠提供雙向力作用,可以驅(qū)動手指彎曲/伸展雙向運動,使其不僅能夠應(yīng)用于虛擬裝配、遙操作等虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域,而且能夠應(yīng)用于手指的醫(yī)學(xué)康復(fù)中。 本文首先介紹了數(shù)據(jù)手套的整體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、角度測量原理和力反饋原理。驅(qū)動系統(tǒng)采用了一對對抗性氣動肌肉加制動器的方式,既能夠滿足人手的自然運動,又能夠隨時制動進而產(chǎn)生雙向力反饋。采用非接觸式磁阻傳感器,間接測量手指的彎曲角度。設(shè)計了一種基于應(yīng)變測量的力矩傳感器,通過測量數(shù)據(jù)手套的驅(qū)動力矩,間接測量作用在手指上的指尖力。 在簡化人手模型的基礎(chǔ)上,對手指和數(shù)據(jù)手套進行了運動學(xué)分析和靜力學(xué)分析,推導(dǎo)出了手指關(guān)節(jié)與外骨架連桿機構(gòu)的運動學(xué)關(guān)系,得到了作用在手指上的指尖力,為數(shù)據(jù)手套的結(jié)構(gòu)設(shè)計、角度測量和力反饋控制提供了理論依據(jù)。根據(jù)運動學(xué)分析和靜力學(xué)分析的結(jié)果,研究了雙向力反饋數(shù)據(jù)手套在虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域和手指康復(fù)中的工作原理,為力反饋數(shù)據(jù)手套的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。 其次介紹了角度傳感器的測量原理、校準(zhǔn)方法、角度測量基準(zhǔn)點的確定和角度換算關(guān)系。介紹了力矩傳感器的原理及標(biāo)定方法。在滿足人手佩戴要求的基礎(chǔ)上,分析了連桿結(jié)構(gòu)參數(shù)對角度測量和指尖力的影響,為結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇提供了依據(jù)。 最后搭建了力反饋數(shù)據(jù)手套的實驗系統(tǒng),采用Labview編寫了控制程序,對數(shù)據(jù)手套的角度信號和力矩信號進行采集。對自制的氣動肌肉進行了基本特性測試,完成了角度測量實驗,對力反饋數(shù)據(jù)手套進行了開環(huán)靜、動態(tài)特性測試。在前面實驗的基礎(chǔ)上,采用PID控制策略完成了指尖力反饋閉環(huán)實驗。實驗表明,設(shè)計的雙向力反饋數(shù)據(jù)手套可以測量手指關(guān)節(jié)彎曲角度,能夠提供雙向力作用,力作用效果明顯。
【圖文】：

圖1.2cyberGrasp力反饋手套的力反饋數(shù)據(jù)手套[，4，，，，]，如圖1.3所示，采用驅(qū)動通過線傳遞對每個手指關(guān)節(jié)提供力反饋。裝在骨架上的應(yīng)變片來測量。大學(xué)研制了一種新型的BHG一H型數(shù)據(jù)手套[1“，軟件部分組成，具有良好的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，手套的形狀，可以適用于不同的成人手型，采

圖1.1LRP數(shù)據(jù)手套chnologies公司在CyberGlove。cybergrasp是安裝在用戶手電機驅(qū)動，能在手指上提供最指彎曲角度。它的執(zhí)行單元被隙和摩擦力，從而減小了系統(tǒng)用會使用戶感到疲勞。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TH138

【引證文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 盧榮;改進的粒子濾波算法在手語合成中的應(yīng)用研究[D];蘭州理工大學(xué);2013年

本文編號：2638518