力觸覺再現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題研究.pdf

1、力觸覺再現(xiàn)技術(shù)增強(qiáng)了虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的真實(shí)性和用戶的沉浸感，是一種有著廣闊應(yīng)用前景的人機(jī)交互技術(shù)。系統(tǒng)交互的穩(wěn)定性是實(shí)現(xiàn)高性能和高真實(shí)性力觸覺再現(xiàn)的前提，是力觸覺再現(xiàn)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一。本學(xué)位論文分別從作用力刷新率、系統(tǒng)控制方法和操作者對(duì)系統(tǒng)的影響三個(gè)方面開展了力觸覺再現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定性問題的研究。
　　在力觸覺再現(xiàn)系統(tǒng)中，作用力的刷新率是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素。在提高作用力刷新率方面，論文分析了不同控制算法的性能，采用基于系統(tǒng)時(shí)間查詢的

2、多線程算法實(shí)現(xiàn)了作用力刷新計(jì)算的并行設(shè)計(jì)。通過實(shí)驗(yàn)研究了系統(tǒng)在采用不同線程數(shù)目時(shí)，每個(gè)線程執(zhí)行相同復(fù)雜度計(jì)算任務(wù)時(shí)的刷新時(shí)間變化。論文通過實(shí)驗(yàn)研究不同線程下系統(tǒng)的最大再現(xiàn)剛度及同一剛度系數(shù)下的系統(tǒng)性能，驗(yàn)證了所提出方法的有效性。實(shí)驗(yàn)表明在同等條件下，增加線程數(shù)目可以有效提高系統(tǒng)的最大再現(xiàn)剛度。
　　力觸覺再現(xiàn)控制方法是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的另一重要途徑。論文針對(duì)作用力刷新的滯后性,提出基于作用力預(yù)計(jì)算的力觸覺再現(xiàn)方法。通過對(duì)下一狀態(tài)作用

3、力的預(yù)計(jì)算，減小了設(shè)備位置檢測(cè)與作用力輸出之間計(jì)算時(shí)延引起的誤差。之后設(shè)計(jì)了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方法的有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于作用力預(yù)計(jì)算的力觸覺再現(xiàn)方法能將系統(tǒng)最大再現(xiàn)剛度提高約40％。
　　操作者是力觸覺再現(xiàn)的主導(dǎo)者和感受者，其對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要的影響。論文從操作者的角度出發(fā)，分析了人手臂的力學(xué)特性，提出了調(diào)節(jié)操作者手臂機(jī)械阻抗的系統(tǒng)模型，研究了不同方向和大小的背景力場(chǎng)對(duì)干擾的抑制能力，并開展了一系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其對(duì)力觸覺再現(xiàn)系