基于虚拟环境的触觉反馈技术是一项允许操作者通过触觉设备控制计算机,模拟虚拟环境中物体运动,并感知其发生碰撞时产生反馈力的技术。在过去的几十年里,触觉反馈技术的快速发展使得它被广泛应用于各个领域。特别是在中风康复领域中,触觉反馈辅助中风患者上肢康复的效果相较于传统物理疗法更为显著。但目前国内对触觉反馈系统的基础原理研究尚不成熟,本文在此背景下拟开发一个用于虚拟触觉设备快速成型的环境系统。这里所谓的环境系统,是指在系统中配置一个特定的用户可定制的机器人,该机器人在运行过程中能为用户提供触觉信息反馈。本文的核心目标是开发一种三自由度机器人及其配套的环境系统。围绕该目标我们做了以下四个部分工作:(1)设计一种能反馈三自由度触觉力的桌面式串联机器人。该机器人需具备低质量,高刚度的特点,并且要求在运行过程中关节间的摩擦力尽可能的小;(2)搭建上下位机通信系统。该通信系统的主要功能是检测位移信息和控制电机的运转,并通过串口通信与上位机的虚拟环境进行实时双向通信;(3)在上位机中搭建虚拟环境。该虚拟环境接收下位机的位移信息并将其转换为力矩信息反馈给触觉设备,它是控制整个系统运行的核心模块;(4)设计实验检验本文开发的环境系统中,该三自由度机器人是否能实现触觉反馈功能。本论文研究得出的结论有以下三点:(1)实验表明本文开发的虚拟触觉交互系统的图形渲染频率和触觉渲染频率分别在30HZ和500HZ以上时能逼真地再现触觉力;(2)本文开发的环境系统实现触觉设备与虚拟环境间的模块化组合,证明了触觉设备的可定制化;(3)采用底层连接和模块化的开发方式可以有效降低触觉反馈系统开发的难度和成本。本论文的贡献主要有以下两点:(1)验证在本文开发的系统环境下快速构建个性化虚拟触觉设备的可行性;(2)为机器人辅助人类康复系统的应用提供了一种经济有效的商用型触觉设备,经过后续的设备优化有望能在康复医疗市场上进行推广。