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基于主从力触觉交互系统的从手控制电路设计

科技广场 2010年第11期 116-118页

作者：胡昌文南昌大学机电工程学院江西南昌330031

本文基于主从手力触觉交互系统的原理,设计了一个从手控制电路。采用ATmega128单片机作为主控制器,选用直流电机作为从手驱动元件,从手与环境交互采用薄膜压力传感器A401,自制了主控制器电路板,以及MOS管构成的H桥驱动电路。

关键词： ATmega128 力触觉交互

噪声对纹理的力触觉表达真实感影响的实验研究

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噪声对纹理的力触觉表达真实感影响的实验研究

2009年中国智能自动化会议

作者：程盈盈吴涓宋爱国东南大学仪器科学与工程学院

纹理的力触觉表达是虚拟环境仿真的重要研究内容之一,在医疗、商业、教育、娱乐、军事等方面都有相当大的应用前景。本文提出一种改进的图像的纹理力触觉模型,它是在原有的虚拟纹理力模型的基础上,加入白噪声信号,利用人的触觉感知随机... 详细信息

纹理的力触觉表达是虚拟环境仿真的重要研究内容之一,在医疗、商业、教育、娱乐、军事等方面都有相当大的应用前景。本文提出一种改进的图像的纹理力触觉模型,它是在原有的虚拟纹理力模型的基础上,加入白噪声信号,利用人的触觉感知随机共振现象,以提高对虚拟物体纹理的力触觉表达的真实感。基于6DOF的DELTA手控器,建立了纹理的力触觉表达,通过纹理感知与匹配试验,定量的研究了白噪声信号的参数变化(即标准差)对人的纹理感知匹配正确率的影响。实验结果表明,加入一定的噪声信号,有利于提高纹理力触觉表达的真实感,当白噪声信号的参数取值在0.5±0.1范围内变化时,对虚拟物体的辨别率最高。

关键词：纹理再现力触觉虚拟现实白噪声

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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小型力触觉反馈装置及人机交互设备

科技纵览 2019年第2期 58-59页

作者：宋爱国朱利丰东南大学

便捷的小型力触觉交互反馈装置在面向不同领域的人机交互中有着重要的作用。东南大学机器人传感与控制技术研究所针对力触觉反馈装置的小型化,研制了小型可穿戴式力触觉反馈装置,在此基础上研制了基于有源和无源元件组合的力触觉反馈装... 详细信息

便捷的小型力触觉交互反馈装置在面向不同领域的人机交互中有着重要的作用。东南大学机器人传感与控制技术研究所针对力触觉反馈装置的小型化,研制了小型可穿戴式力触觉反馈装置,在此基础上研制了基于有源和无源元件组合的力触觉反馈装置,成功将其应用于笔式人机交互设备及虚拟训练手控器中。

关键词：反馈装置人机交互力触觉设备东南大学无源元件虚拟训练小型化

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带触觉的肌电假手握力模糊控制方法

仪器仪表学报 2013年第7期34卷 1559-1565页

作者：章华涛吴常铖郭晏包加桐宋爱国东南大学仪器科学与工程学院南京210096 南京供电公司电力调度控制中心南京210019 扬州大学能源与动力工程学院扬州225300

从注重残疾人本体感出发,提出了一种新的用于肌电假手握力控制的方法。该方法利用短时傅里叶变换思想对信号进行时间片分割,并对时间片内的信号分析选取了几个具有代表性的肌电信号参数,并用训练后的神经网络对其进行分析处理,进而估计... 详细信息

从注重残疾人本体感出发,提出了一种新的用于肌电假手握力控制的方法。该方法利用短时傅里叶变换思想对信号进行时间片分割,并对时间片内的信号分析选取了几个具有代表性的肌电信号参数,并用训练后的神经网络对其进行分析处理,进而估计出相应的肌肉用力大小。同时将肌电假手指端的力触觉传感器所得的力触觉信号和肌肉用力大小信号输入模糊控制器,根据设计好的模糊控制规则调节肌电假手驱动电机的转动速度从而控制握力大小。该方法可以有效减小个人差异性和肌电信号传感器检测位置不同对控制效果的影响,可以减小肌电传感器安装难度并可供不同的残疾人使用。实验结果证明了该握力控制方法的有效性。

关键词：力触觉表面肌电信号模糊控制

人机交互遥操作机器人技术前沿和发展趋势——访东南大学宋爱国教授

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微纳电子与智能制造 2022年第2期4卷 1-3页

作者：张莹宋爱国北京市科学技术研究院信息与人工智能技术研究所北京100089 《微纳电子与智能制造》编辑部北京100089 东南大学

面对未知的环境,仅靠机器人还达不到人的智能水平,需要将人的智能引入机器人的智能系统,人和机器人协助配合,共同完成危险和有害环境下的未知的复杂任务。人机交互遥操作机器人技术需要突破力触觉感知技术、力触觉反馈技术、力触觉的控... 详细信息

面对未知的环境,仅靠机器人还达不到人的智能水平,需要将人的智能引入机器人的智能系统,人和机器人协助配合,共同完成危险和有害环境下的未知的复杂任务。人机交互遥操作机器人技术需要突破力触觉感知技术、力触觉反馈技术、力触觉的控制和视觉跟力触觉融合4个方面的问题,人机交互遥控操作机器人可广泛应用于探月工程、国家载人航天工程、核电安全、养老助老及康复领域并发挥重要作用。《微纳电子与智能制造》杂志有幸采访到东南大学宋爱国教授为读者讲述人机交互遥操作机器人技术进展。

关键词：人机交互遥操作机器人力触觉

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水果尺寸在线测量的智能柔性手爪设计

江苏农业学报 2020年第2期36卷 455-462页

作者：季钦杰卢伟宋爱国王鹏丁宇王玲南京农业大学工学院江苏南京210031 江苏省现代设施农业技术与装备工程实验室江苏南京210031 东南大学仪器科学与工程学院江苏南京210096

针对目前水果自动化分级中手爪普遍缺少抓取力和水果尺寸信息而感知能力不足的问题,设计一种具有抓取力和水果尺寸原位动态检测功能的柔性手爪。首先,设计一种基于单气道多腔体结构的智能柔性三指手爪,其中一根手指通过悬臂梁力传感器... 详细信息

针对目前水果自动化分级中手爪普遍缺少抓取力和水果尺寸信息而感知能力不足的问题,设计一种具有抓取力和水果尺寸原位动态检测功能的柔性手爪。首先,设计一种基于单气道多腔体结构的智能柔性三指手爪,其中一根手指通过悬臂梁力传感器竖直安装于手掌上用于检测力触觉,一根手指内嵌柔性弯曲度传感器用于检测手指的弯曲度,另一根手指直接固装于手掌上;设计力觉传感器和弯曲度传感器调理电路,并分别进行标定。其次,提出基于力觉传感器和弯曲度传感器融合的水果尺寸原位测量方法,推导基于手指弯曲度的水果尺寸测量公式,并通过有限元分析和试验进行验证。有限元仿真结果表明,基于手指弯曲度的水果直径测量误差小于5%;通过分别对不同直径(15 mm、25 mm、35 mm、45 mm)的3D打印圆柱和水果(杏子、冬枣、红提和龙眼等)进行抓取试验,表明力觉信号第一次突变时刻(手指刚接触到圆柱时)的手指弯曲度可用于被抓物直径的精确测量,误差小于5%。基于柔性手爪的力觉传感器和弯曲度传感器信息融合进行水果尺寸的在线快速测量是可行的。

关键词：力触觉弯曲度柔性手爪原位测量柔性机器人

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利用随机共振提高纹理触觉真实感的实验研究

东南大学学报（自然科学版） 2009年第S2期39卷 70-75页

作者：程盈盈吴涓宋爱国张小瑞东南大学仪器科学与工程学院南京210096 南京信息工程大学信息与控制学院南京210044

根据人的触觉感知通道中的随机共振特性,提出了一种改进的增强纹理力触觉表达建模方法.该方法是在原有的基于图像特征提取的纹理接触力模型基础上,加入适量的白噪声信号,以提高虚拟纹理力触觉表达时的真实感.基于6自由度的DELTA手控器,... 详细信息

根据人的触觉感知通道中的随机共振特性,提出了一种改进的增强纹理力触觉表达建模方法.该方法是在原有的基于图像特征提取的纹理接触力模型基础上,加入适量的白噪声信号,以提高虚拟纹理力触觉表达时的真实感.基于6自由度的DELTA手控器,建立了白噪声信号对纹理力触觉表达真实感影响的实验系统.通过纹理感知与匹配试验,定量地研究了白噪声信号的统计参数(即标准差)变化对纹理感知正确率的影响.实验结果进一步验证了人的触觉感知中存在随机共振特性.统计分析结果表明,加入白噪声信号对纹理的辨别率有显著影响,当白噪声信号的标准差取值在0.5±0.1范围内变化时,人对虚拟物体的辨别率最高.

关键词：纹理再现力触觉虚拟现实白噪声随机共振

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仿人手感知的纹理识别与触觉再现方法研究

传感器与微系统 2021年第9期40卷 56-60页

作者：徐远宋爱国胡素芸东南大学仪器科学与工程学院江苏南京210096

提出了一种仿人手感知的纹理识别及触觉再现方法。采用新型纹理检测装置以仿人手触觉感知方式采集纹理,对采集到的纹理信息进行主成分分析(PCA)降维提取特征,搭建多层感知(MLP)神经网络对6种纹理信号进行分类,识别率高达98.8%。在此基础... 详细信息

提出了一种仿人手感知的纹理识别及触觉再现方法。采用新型纹理检测装置以仿人手触觉感知方式采集纹理,对采集到的纹理信息进行主成分分析(PCA)降维提取特征,搭建多层感知(MLP)神经网络对6种纹理信号进行分类,识别率高达98.8%。在此基础上,基于采集数据的统计特性,采用正态分布振动模型再现纹理触感,并通过滑动窗口动态修正力学模型,强化局部纹理特征。通过对比实验,所提再现方法在对布料等细腻纹理的再现效果上优于传统基于图像信息的再现方法。

关键词：纹理识别信号处理纹理再现力触觉

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软组织建模及其在虚拟手术系统中的应用

软组织建模及其在虚拟手术系统中的应用

作者：张强南昌大学

学位级别：硕士

虚拟现实技术的发展已经拓展到医学领域,其中虚拟手术仿真技术就是其典型应用之一,对于新手医生进行手术前培训,练习解决真实手术中可能面临的各种情况起着至关重要的作用。针对现有的虚拟手术系统中存在的软组织三维重建缺乏准确性,软... 详细信息

虚拟现实技术的发展已经拓展到医学领域,其中虚拟手术仿真技术就是其典型应用之一,对于新手医生进行手术前培训,练习解决真实手术中可能面临的各种情况起着至关重要的作用。针对现有的虚拟手术系统中存在的软组织三维重建缺乏准确性,软组织力学特性参数和形变模型缺乏准确性及其虚拟手术系统中的力触觉再现等问题。开发了一套包括肾脏肾镜和肾支腹主动脉排气针按压的虚拟手术仿真系统,解决了虚拟手术系统中存在的问题,大大的提高了虚拟手术环境视觉逼真度和力触觉真实性,为医生提供了一个高效的手术培训平台。首先,针对血管和肾脏传统的三维重建方式模型不准确且没有考虑人体解剖结构问题,采用Mimics软件对腹腔CT图像中的肾支腹主动脉和肾脏进行三维重建和优化。如采用阈值选取,区域增长等方法将肾支腹主动脉和肾脏组织从图像中分割出来。采用空腔添补的方式解决因造影剂随血液流动不均匀导致CT图像肾支腹主动脉和肾脏造影不完全,进而造成的肾支腹主动脉和肾脏蒙版信息不完全的问题。通过蒙版编辑功能对肾支腹主动脉和肾脏进行边缘增强后重建,与此同时对重建模型进行了覆盖和平滑优化处理。其次,针对传统软组织力学模型参数不精准,改进了弹簧质点模型以模拟不同软组织触压阶段的非线性特性。为了验证改进弹簧质点模型的准确性,对不同的软组织进行力学测量。根据对软组织的生物力学特性进行分析,确定以猪肾和猪肾支腹主动脉血管为实验对象,根据现代医学手术中的相应操作,确定对猪肾使用类似肾镜的空管穿刺实验和对猪肾支腹主动脉血管使用排气针穿刺实验,测量获得猪肾和猪肾支腹主动脉穿刺的真实力学数据,如形变量、交互力等。随后利用MATLAB软件对触压阶段的数据进行处理和拟合。最后,基于Phantom Omni设备搭建力触觉交互虚拟手术仿真系统,在搭建好的虚拟手术力触觉交互系统中对肾支腹主动脉和肾脏进行按压操作实验,结果表明本课题开发的基于改进弹簧质点模型的虚拟肾脏及肾支腹主动脉手术系统,具有较为真实的力触觉。

关键词：虚拟手术系统软组织三维重建弹簧质点模型力触觉