基於生物力學的氣動多觸感動態再現技術基礎研究

《基於生物力學的氣動多觸感動態再現技術基礎研究》是依託南京理工大學，由孫中聖擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於生物力學的氣動多觸感動態再現技術基礎研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：孫中聖
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

針對觸覺接口設備再現物體表面屬性時觸感再現功能單一的問題，提出基於生物力學的氣動多觸感動態再現新技術。人的觸覺感知屬於動態感知範疇，因此應研究觸覺的動態特性。與以往採用靜態載荷不同，新技術以實際觸覺接口的動態作用力為載荷，分析手指內部軟組織的動態回響與觸覺感知的關係，研究觸覺感知的機理，這樣得到的結果就可以直接套用於接口設備的設計。目前，氣動觸覺接口設備大多只能再現物體的表面形狀，而新技術利用氣動噴嘴依靠動態變化的壓力再現物體的紋理、材質和滑動等觸感，探索多種觸覺感知的複合再現方法。通過分析外部機械刺激、力學回響和觸覺感知三者之間的內在聯繫，研究壓力動態變化的幅值和頻率等參數與各種觸覺的關係模型，分析影響手指動態感知的因素，建立評價和表征觸覺動態再現逼真度的標準。根據上述研究建立一套真實、逼真的多觸感動態再現系統，結合氣動觸覺接口設備的優點，期望推動其在虛擬裝配、遙操作等領域的廣泛套用。

結題摘要

目前，觸覺再現的形式各種各樣，但觸感再現功能單一，只是選擇性地再現物體表面某一種屬性信息。人的觸覺感知屬於動態感知範疇，因此應研究觸覺的動態特性。本項目針對氣動噴嘴式觸覺接口，在通過氣動噴嘴陣列再現物體的表面形狀研究基礎上，以氣動噴嘴接口的動態作用力為載荷，分析手指內部的動態回響，研究觸覺感知的機理。考慮手指的幾何結構以及皮膚組織的非線性材料屬性，建立手指三維非線性模型和噴嘴的有限元模型，採用流固耦合方法，以應變能密度、手指變形作為表征參數，分析了手指在靜態和動態載荷下的手指力學回響。針對單點和多點動態載荷，分析壓力頻率、振幅、載波、相位差、噴嘴直徑和噴嘴間距等因素對手指動態回響的影響。建立了非接觸式手指變形測量裝置，並對手指在不同載荷下的手指變形進行了測量，從手指變形角度驗證有限元分析結果的正確性。並在上述基礎上，對線觸覺和滑動覺的再現進行了實驗研究，結果也表明通過合理的調節噴嘴結構參數和壓力參數能很好的再現線觸覺和滑動覺感受。通過本項目的研究可以推動氣動觸覺接口設備在虛擬裝配、遙操作等領域的廣泛套用。 本項目按照研究計畫完成了預定的目標，在研究期間發表錄用6篇論文，授權1項發明專利，培養兩名研究生。