基于磁流變的手控器力反饋技術(shù).pdf

1、力反饋技術(shù)是一種可以有效增強(qiáng)力覺(jué)人機(jī)交互效果的重要技術(shù)手段，廣泛活躍于工業(yè)、教育、醫(yī)學(xué)等各行各業(yè)。遙操作機(jī)器人以及非常熱門的虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)正是因?yàn)椴捎昧肆Ψ答伡夹g(shù)大大增強(qiáng)了給人帶來(lái)的沉浸感。現(xiàn)在力反饋技術(shù)研究的重點(diǎn)便是針對(duì)手控器的研究。手控器是人們感知操作環(huán)境、控制遙操作機(jī)器人的媒介。通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外手控器的研究現(xiàn)狀可知，現(xiàn)有的手控器絕大部分采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，少數(shù)采用氣壓驅(qū)動(dòng)。但是現(xiàn)有的手控器在安全性和穩(wěn)定性方面存在著不足。磁流變液是一

2、種具有重要工程應(yīng)用價(jià)值以及廣闊發(fā)展前景的新型液體智能材料，磁流變液特殊的流變效應(yīng)使得磁流變液阻尼器成為非常具有前景的被動(dòng)控制設(shè)備，也吸引眾多學(xué)者致力于基于磁流變液的力反饋技術(shù)的研究。
　　本文設(shè)計(jì)了一套基于磁流變液的7自由度手控器力反饋系統(tǒng)，減少了純電機(jī)驅(qū)動(dòng)力反饋設(shè)備存在的安全隱患。該力反饋系統(tǒng)在機(jī)械結(jié)構(gòu)上完成了對(duì)磁流變液阻尼器的設(shè)計(jì);在硬件電路上完成了對(duì)手控器各自由度角度信息的采集、對(duì)力反饋執(zhí)行器的控制以及與上位機(jī)之間的通信;在

3、軟件系統(tǒng)上完成了檢測(cè)控制軟件和虛擬場(chǎng)景軟件的設(shè)計(jì)。
　　本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)設(shè)計(jì)了蛇形磁路多片式和多圓筒式兩種新型旋轉(zhuǎn)式磁流變液阻尼器。(2)并聯(lián)連桿結(jié)構(gòu)和菱形拉伸結(jié)構(gòu)串聯(lián)組成手控器的平動(dòng)結(jié)構(gòu)，然后在其末端串聯(lián)轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)平動(dòng)自由度和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的解耦。(3)手控器的力反饋執(zhí)行器共有兩種，其中直流電機(jī)是平動(dòng)結(jié)構(gòu)和手指力反饋裝置的執(zhí)行器，而多圓筒式磁流變液阻尼器是轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的執(zhí)行器。(4)將檢測(cè)控制軟件和虛擬場(chǎng)景軟件分開(kāi)