力触觉再现技术作为人机交互技术的重要组成部分,使操作者能够主动地感知、触摸虚拟物体,能够增强虚拟现实系统的真实感和沉浸感,因而该技术具有重要的研究意义。传统的穿戴式和力反馈操纵杆式的力触觉再现技术,因其对操作者的运动具有一定的限制,不符合人们实际生活中自然交互方式,具有一定的局限性。本文以自然人机交互为背景,开展基于电磁力控制的、非接触式的力触觉再现方法研究。为了能有效地产生并控制电磁作用力,首先针对电磁场的产生和控制原理进行分析;其次,对电磁场和永磁铁所受的电磁作用力进行ANSYS有限元仿真分析。根据理论分析的结果,设计了基于电磁力控制的二维力触觉再现系统的整体方案。该力触觉再现系统的硬件系统主要包括由SA306A驱动芯片和TM4C1294控制模块构建的二维背景磁场产生和控制模块、人手位置检测模块、基于Intel NUC微型计算机的中央控制模块。在硬件系统的基础上,设计实现了力触觉再现系统的软件系统,包括基于Kinect的人手位置检测模块、电磁铁PWM驱动模块、电流的ADC采集模块以及Intel NUC中央控制模块与TM4C1294电磁铁驱动控制模块之间的通信模块等。为了获得有效的电磁作用力,以有限元仿真分析数据为基础,提出了基于离散仿真数据的二维电磁力的控制方法,确定了电磁力与空间位置以及电磁铁电流的映射关系。为了验证本文所设计的力触觉再现系统的有效性,首先开展了电磁力阈值感知实验,在阈值感知实验的基础上又开展了三维虚拟物体识别实验。实验结果表明,三维虚拟物体识别实验成功率较高,验证了本系统的有效性。本文所研究的基于电磁力控制的、非接触式的二维力触觉再现系统,能作为普遍使用的力触觉再现接口设备,为促进面向自然交互的力触觉再现发展奠定了重要基础。