基于电磁力控制的二维力触觉再现系统研究

《基于电磁力控制的二维力触觉再现系统研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中图分类号：TP242.6论文编号：102870318-SX027学科分类号：080402硕士学位论文基于电磁力控制的二维力触觉再现系统研究研究生姓名陈晓丽学科、专业测试计量技术及仪器研究方向力触觉人机交互指导教师陆熊南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonElectromagneticForceControlbasedTwoDimensionalHapticInterfaceA

2、ThesisinMeasuringandTestingTechnologyandInstrumentsEngineeringbyChenXiaoliAdvisedbyAssociateProfessorLuXiongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其

3、他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要力触觉再现技术作为人机交互技术的重要组成部分，使操作者能够主动地感知、触摸虚拟物体，能够增强虚拟现实系统的真实感和沉浸感，因而该技术具有重要的研究意义。传统的穿戴式和力反馈操纵杆式的力触觉再现技术，因其对操作者的运动具有一定的限制，不符合人们实际生活中自然交互方式，具有一定的局限性。本文以自然人机交互为背景，开展基于电磁力控制的、非接触

4、式的力触觉再现方法研究。为了能有效地产生并控制电磁作用力，首先针对电磁场的产生和控制原理进行分析；其次，对电磁场和永磁铁所受的电磁作用力进行ANSYS有限元仿真分析。根据理论分析的结果，设计了基于电磁力控制的二维力触觉再现系统的整体方案。该力触觉再现系统的硬件系统主要包括由SA306A驱动芯片和TM4C1294控制模块构建的二维背景磁场产生和控制模块、人手位置检测模块、基于IntelNUC微型计算机的中央控制模块。在硬件系统的基础上，设计实现了力触觉再现系统的软件系统，包括基于Kinect的人手位置检测模块、电磁铁PWM驱动模块、电流的ADC采集模块以及IntelNUC中央控制模块与TM

5、4C1294电磁铁驱动控制模块之间的通信模块等。为了获得有效的电磁作用力，以有限元仿真分析数据为基础，提出了基于离散仿真数据的二维电磁力的控制方法，确定了电磁力与空间位置以及电磁铁电流的映射关系。为了验证本文所设计的力触觉再现系统的有效性，首先开展了电磁力阈值感知实验，在阈值感知实验的基础上又开展了三维虚拟物体识别实验。实验结果表明，三维虚拟物体识别实验成功率较高，验证了本系统的有效性。本文所研究的基于电磁力控制的、非接触式的二维力触觉再现系统，能作为普遍使用的力触觉再现接口设备，为促进面向自然交互的力触觉再现发展奠定了重要基础。关键词：力触觉再现、非接触式、电磁力控制、人机交互I基于电

6、磁力控制的二维力触觉再现系统研究ABSTRACTAsanimportantpartofhuman-machineinteractiontechnology,hapticrenderingenablesoperatorstosenseandtouchvirtualobjectsinitiatively,whichenhancesthesenseofrealityandimmersionofthevirtualrealitysystem.Therefore,hapticrenderinghasimportantresearchsignificance.Thetraditionalhaptic

7、renderingtechnologylikewearableandforce-feedbackjoystickhassomelimitationsonthemovementoftheoperatoranddoesnotaccordwiththenaturalwayofinteractioninreallife.Inthispaper,basedonthebackgroundofnaturalhuman-computerintera