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具备实时力/触觉交互的增强形变模型

仪器仪表学报 2014年第9期35卷 1932-1937页

作者：张小瑞孙伟宋爱国 Norman I Badler 张小娜牛建伟刘佳南京信息工程大学信息与控制学院南京210044 宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院费城19104 东南大学仪器科学与工程学院远程测控技术江苏省重点实验室南京210096 南京信息工程大学水文气象学院南京210044 北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室北京100191

高效精确的形变模型是研究虚拟手术仿真的一个重要环节,以一种新颖、基于物理意义、叠加正交小波基的1/f噪声的增强力/触觉模型为基础,采用Force Dimension公司生产的Delta 6-DOF力/触觉交互设备,搭建了实时柔性体力/触觉再现系统。通... 详细信息

高效精确的形变模型是研究虚拟手术仿真的一个重要环节,以一种新颖、基于物理意义、叠加正交小波基的1/f噪声的增强力/触觉模型为基础,采用Force Dimension公司生产的Delta 6-DOF力/触觉交互设备,搭建了实时柔性体力/触觉再现系统。通过医用手术镊子实现了对婴儿肚皮的单点、双点拉拽的交互操作。实验结果表明,该模型算法简单、计算速度快、力/触觉反馈平稳,形变效果逼真,能够满足虚拟手术仿真交互系统实时性和稳定性的要求,从而使操作者对虚拟环境的感知和交互更加准确真实。

关键词：力触觉模型实时交互手术仿真

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用于触觉建模的生物组织切割特征多参量采集

系统仿真学报 2006年第1期18卷 204-206,236页

作者：宋卫国原魁中国科学院自动化研究所高技术创新中心北京100080

基于图像及三维磁跟踪的方法,设计了生物组织切割过程的多参量(切割力,切割深度及切割速度)采集系统,并针对猪肝脏,心脏,肌肉等软组织进行了系统性能的实验验证;研究了手术刀在切割不同组织时,切割速度,切割深度等与切割反馈力,破裂极... 详细信息

基于图像及三维磁跟踪的方法,设计了生物组织切割过程的多参量(切割力,切割深度及切割速度)采集系统,并针对猪肝脏,心脏,肌肉等软组织进行了系统性能的实验验证;研究了手术刀在切割不同组织时,切割速度,切割深度等与切割反馈力,破裂极限间的相互关系,并初步给出了手术刀连续切割的力反馈触觉模型;为进一步研究生物组织的物理特性及基于真实的切割过程的手术模拟提供了实验条件。

关键词：手术模拟触觉模型切割力采集软组织

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生物软组织力反馈触觉建模测试系统研制

传感器与微系统 2009年第4期28卷 76-78页

作者：陈孝凯徐晶晶曾庆军江苏科技大学电子信息学院江苏镇江212003

设计了一种结构新颖的用于生物软组织力反馈触觉建模的测试系统。阐述了系统结构与工作原理,介绍了系统的机械设计、硬件电路和系统软件。系统采用计算机测量并控制带有力和位置传感器的单自由度机械手,通过插针实验与动物软组织交互得... 详细信息

设计了一种结构新颖的用于生物软组织力反馈触觉建模的测试系统。阐述了系统结构与工作原理,介绍了系统的机械设计、硬件电路和系统软件。系统采用计算机测量并控制带有力和位置传感器的单自由度机械手,通过插针实验与动物软组织交互得到软组织的力反馈触觉模型。以猪肝为标本进行实验,实验结果和现有的理论模型较为符合,该系统可以用于软组织触觉建模实验研究。

关键词：软组织力反馈触觉模型传感器

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数字人体的针灸力感虚拟现实初步研究

中国医疗器械杂志 2007年第1期31卷 5-9页

作者：程卓王海生闽友江严振国张虹庄天戈上海交通大学生物医学工程系上海200240 上海中医药大学解剖教研室上海201203

讨论了虚拟现实技术在三维数字人体和穴位研究中的应用。在融合了腧穴组织结构信息的三维数字人体基础上,根据各组织的物理特性,分析针灸过程中针体与组织的相互作用力,以及部分行针模式中的力感特征,建立力学模型模拟针体受力,并通过... 详细信息

讨论了虚拟现实技术在三维数字人体和穴位研究中的应用。在融合了腧穴组织结构信息的三维数字人体基础上,根据各组织的物理特性,分析针灸过程中针体与组织的相互作用力,以及部分行针模式中的力感特征,建立力学模型模拟针体受力,并通过力反馈设备真实地传递给操作者,为视觉和触觉信息融合一体的三维针灸人体建模作了初步探索,为针灸教学提供了一种动态的仿真手段。

关键词：三维数字人体针灸触觉模型力反馈

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遥操作机器人系统软组织环境触觉建模实验

江苏科技大学学报（自然科学版） 2010年第1期24卷 79-82页

作者：徐晶晶陈孝凯曾庆军江苏科技大学电子信息学院江苏镇江212003

软组织作业环境作为面向微创手术的遥操作机器人系统的一个显著特点,其动力学精确建模具有非常重要的意义.本文研制了一套遥操作机器人实验系统,在动物软组织插针实验的基础上提出了一种交互过程中的非线性软组织力反馈触觉模型,设计了... 详细信息

软组织作业环境作为面向微创手术的遥操作机器人系统的一个显著特点,其动力学精确建模具有非常重要的意义.本文研制了一套遥操作机器人实验系统,在动物软组织插针实验的基础上提出了一种交互过程中的非线性软组织力反馈触觉模型,设计了该模型动力学参数辨识的实验研究方法,并通过最小二乘法辨识模型参数.结果表明:本文建立的非线性软组织动力学模型比较准确,能够反映插针过程中力的变化过程,可以应用于虚拟手术仿真和控制策略的研究.

关键词：遥操作机器人微创手术软组织触觉模型

压电式触觉反馈执行器的结构设计与动力学分析

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压电式触觉反馈执行器的结构设计与动力学分析

作者：刘德春燕山大学

学位级别：硕士

随着人机交互技术的不断发展,视觉与听觉反馈模拟已比较成熟,而触觉模拟技术的研究方兴未艾。出现了电磁式、压电式、气动式及电刺激式等多种激发方式的触觉反馈执行器。其中压电式具有振动适应性慢,振动稳定的特点,适合长时间使用。本... 详细信息

随着人机交互技术的不断发展,视觉与听觉反馈模拟已比较成熟,而触觉模拟技术的研究方兴未艾。出现了电磁式、压电式、气动式及电刺激式等多种激发方式的触觉反馈执行器。其中压电式具有振动适应性慢,振动稳定的特点,适合长时间使用。本文提出了一种压电式触觉反馈执行器,该触觉反馈执行器基于类睫状体触摸梁,改变当量摩擦系数而改变触觉感受,具有结构和控制系统简洁的特点,可以实现不同位置、不同方向上的触觉变化,增加了触感的稳定性和多样性。选定执行器各部分材料和类睫状体触摸梁结构,建立光梁的动力学模型,确定了压电片的粘贴位置。建立了触摸梁的动力学模型,利用分段耦合方法计算了悬臂触摸梁和两端固定触摸梁的固有模态。分析了系统参数对触摸梁固有模态的影响规律。通过分析计算得到第六阶的悬臂触摸梁固有模态适合作为工作模态。随着触摸梁厚度增加,固有频率增加。随着弹性模量增加,固有频率增加。随着触摸梁长度增加,固有频率减小。建立分段式耦合受迫振动分析模型,利用拉格朗日方程求解了触摸梁悬臂和两端固定条件下的受迫响应,对触摸梁的受迫振动进行了分析,计算了触摸梁的频域响应,并且分析了系统参数对触摸梁受迫响应的影响规律,分析了类睫状体加速度的变化规律。振型阻尼比和电压幅值对触摸梁受迫响应的影响较大,随着位置坐标的增加,振动加速度从增加到归零交替变化。类睫状体的振动加速度与电压幅值为线性正相关。建立了全覆盖异向振动触觉模型和局部覆盖异向振动触觉模型,得到了全覆盖悬臂触摸梁当量摩擦系数与同向类睫状体数量的函数关系,以及局部覆盖悬臂触摸梁当量摩擦系数与位置坐标的函数关系,得到了当量摩擦系数的分布状态。分析了全覆盖和局部覆盖情况下系统参数对当量摩擦系数的影响规律。全覆盖主要受同向类睫状体数量比例与激励频率的影响,激励频率越大,摩擦系数越大。局部覆盖主要受触摸位置与电压幅值的影响。设计了触觉执行器的控制系统,制作了触觉反馈执行器样机。分析了控制系统的设计方法和工作原理,搭建并调试了实验样机。对触摸梁的振动响应进行了测验,对当量摩擦系数进行了测验,进行了人因素实验。验证了压电式触觉反馈执行器触觉理论的正确性和触觉调控的有效性。实验结果基本与理论计算相吻合,人因素实验中改变电压和改变梁结构的触觉效果较好。

关键词：触觉模型压电式触觉反馈执行器模态分析受迫振动 DDS

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斜坡触觉及射流触觉显示器技术研究

测控技术 2008年第7期27卷 64-66页

作者：帅立国姜昌金周芝庭侯越东南大学机械工程学院江苏南京210096

简要介绍了斜坡触觉原理,在此基础上阐述了基于水射流方法的触觉显示器技术原理,建立了反映射流压力与触觉感受量之间关系的触觉模型,并对指端弧面对射流触觉的影响进行了分析计算,通过模型分析认为射流作用下指端的触觉感受量是一个相... 详细信息

简要介绍了斜坡触觉原理,在此基础上阐述了基于水射流方法的触觉显示器技术原理,建立了反映射流压力与触觉感受量之间关系的触觉模型,并对指端弧面对射流触觉的影响进行了分析计算,通过模型分析认为射流作用下指端的触觉感受量是一个相对稳定的量,因此拥有较宽的动态范围。参考振动触觉语言给出了射流触觉的触觉语言,并讨论了射流触觉的显示内容和技术手段等应用层面上的问题。

关键词：射流触觉斜坡触觉触觉模型触觉语言