【摘 要】
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在空间遥操作、虚拟现实等人机交互领域中,操作者迫切需要多种信息判断交互过程的准确性。其中,触觉信息可以最大限度地辅助操作者感知交互环境的变化,增强交互的真实性与沉浸感。为了达到精准模拟触觉的目的,本文创新提出了触觉反馈驱动器的双重驱动方法,设计了一种集驱动、传感于一体的触觉反馈单元,既能模拟指尖受到的强烈冲击或持续性触感,又能通过不同频率的振动传递复杂触觉信息。主要研究内容和结论如下:（1）基于气
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在空间遥操作、虚拟现实等人机交互领域中,操作者迫切需要多种信息判断交互过程的准确性。其中,触觉信息可以最大限度地辅助操作者感知交互环境的变化,增强交互的真实性与沉浸感。为了达到精准模拟触觉的目的,本文创新提出了触觉反馈驱动器的双重驱动方法,设计了一种集驱动、传感于一体的触觉反馈单元,既能模拟指尖受到的强烈冲击或持续性触感,又能通过不同频率的振动传递复杂触觉信息。主要研究内容和结论如下:（1）基于气压与电液压驱动原理,提出了气—电协同驱动模式的触觉反馈方法,设计了一种具有自传感特性的新型柔性触觉反馈驱动器。分析了驱动器的变形状态,并利用COMSOL仿真软件模拟驱动器内部流体流动,验证了结构的合理性。通过制备方法的探索与优化,获得了一套完整的柔性触觉反馈驱动器的制造工艺。（2）搭建驱动器控制装置并进行优化,构建驱动器输出特性测试平台,得出不同气压与电压加载下的输出力、输出位移特性、频率响应特性及自传感特性。结果表明:（1）驱动器最大输出力为1.5 N,最大输出位移为4.5 mm,并且通过电液压驱动可进行输出微调,其最大调整范围分别为0～45 m N与0～800μm;（2）驱动器可以输出频率在0～400 Hz范围内的振动;（3）驱动器具有自传感特性,即驱动器电极电阻与变形状态之间互相对应。（3）设计了基于驱动器的遥操作试验系统,验证了系统的遥操作功能与触觉反馈功能。利用驱动器的自传感特性对触觉反馈系统进行优化,利用PID算法对系统进行闭环控制,实现了触觉反馈驱动器对触觉的准确模拟。利用驱动器的振动特性,以触觉提示的方式传递目标物体的硬度或其他复杂信息,验证了驱动器信息传递的有效性。
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