基于并联机构的力触觉反馈系统机理研究

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4、ngLubinMajor:MechanicalDesignandTheoryCollegeofMechanicalEngineeringShanghaiUniversityofEngineeringScienceShanghai,P.R.ChinaDecember,2015基于并联机构的力触觉反馈系统机理研究摘要在传统的人机交互中信息感知单一、模糊，易出现判断和操作失误等问题，力触觉反馈系统增加了力触觉交互，使用户感知更多反馈信息，极大的增强了人机交互的效果，力触觉反馈系统在各个领域有着广阔的应用前景。本课题基于现有力反馈设备，设计并搭建了基于力反馈

5、控制的力反馈设备，并对其控制原理以及虚拟现实应用技术进行分析，为力触觉反馈系统的快速搭建与应用提供参考。主要研究内容如下：（1）研究了力触觉反馈系统的构成及工作原理，探究了国内外力反馈产品以及力触觉反馈系统应用的相关学术研究成果，对本文的研究背景和意义进行阐述。（2）力反馈设备的交互机构选型。分析了完全串联和完全并联的力反馈设备交互机构的特点，综合出具有三平移、三转动混联拓扑结构的七自由度力反馈交互机构，根据力反馈设备的功能需求，确定交互机构的运动空间参数和最大输出力。（3）力反馈设备的交互机构分析。研究了力反馈设备的机构组成，并对Delta并联机构

6、的结构特征、自由度、运动学、动力学问题进行了分析，建立了Delta机构的位置矢量回路方程和拉格朗日动力学方程，求解了运动学和动力学解；对腕关节机构、夹手机构的运动学进行了研究。（4）力反馈设备的交互机构机械设计。在机构运动和动力分析的基础上，根据力反馈设备的功能要求，分别对Delta机构主动臂的钢丝绳传动机构、Delta机构、腕关节机构及夹手机构等进行了分析和设计。（5）力触觉反馈系统的控制实现。分析了力反馈设备的电气控制原理，搭建了力反馈设备的电气系统，分析了力反馈设备与从动设备的匹配原则，并基于机器人控制原理，对力触觉反馈系统的主从控制原理进行了

7、分析。（6）力反馈设备与虚拟现实技术的应用。对虚拟现实环境中柔性体的创建方法进行了介绍，建立了柔性体弹簧质点模型的动力学方程，对层次包围盒技术及三角形面片相交测试技术进行了分析，研究了虚拟场景中物体碰撞检测方法；分析了虚拟交I互力的计算模型，以及力反馈设备与虚拟受控环境交互过程的原理。关键词：力触觉反馈系统，并联机构，力反馈设备，钢丝绳传动，虚拟现实IIMechanismResearchonForceHapticFeedbackSystemBasedonParallelMechanismABSTRACTTheinformationtheusersge

8、tfromthetraditionalhuman-computerinteractionissinglean