面向虚拟装配的力觉交互技术研究

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1、硕士学位论文面向虚拟装配的力觉交互技术研究作者姓名黄仲东学科专业机械制造及其自动化指导教师王清辉教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2016年4月ResearchandImplementationofHapticInteractioninVirtualAssemblyADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：HuangZhongdongSupervisor：Prof.WangQinghuiSouthChinaUniversityofTechnologyGuangz

2、hou,China分类号：TP391学校代号：10561学号：201320100191华南理工大学硕士学位论文面向虚拟装配的力觉交互技术研究作者姓名：黄仲东教师姓名、职称：王清辉教授申请学位级别：工学硕士科专业名称：机械制造及其自动化研究方向：数字化设计及制造论文提交日期：2016年04月22日答辩日期：2016年06月07日学位授予单位：华南理工大学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：宋嵘委员：王清辉，刘旺玉，邓文君，潘敏强华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所

3、取得的研究成果。除了文中特别加Ｗ标注引用的内容外，本论文不包含住巧其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：（６个宁棄曰期；訓年月Ｆ曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，目Ｐ；研究生在校攻读学位期间论文王作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）

4、；学校可Ｗ公布学位论文的全部或部分内容，可Ｗ允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。一本人电子文档的内容和纸质论文的内容相致。本学位论文属于；□保密，在年解密后适用本授权书。应禾保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊（光盘版）电子杂志社全文出版和编入ＣＮＫＩ《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。上相应方框＂＂（请在内打Ｖ）。２｜么￣作者签名：冰ｔｆ專日期；指导教师签名：之拷ＣＶ日期；’

5、作者联系电话：电子邮箱：联系地址（含邮编）摘要力觉交互技术是虚拟现实人机交互技术的研究热点之一。在虚拟装配系统中集成力觉交互技术，不仅能让操作者更好地感知虚拟装配环境，还可以提升操作者执行虚拟装配任务的效率。针对面向虚拟装配的力觉交互技术在应用层面上存在的不足，本文从力觉交互设备和力觉交互算法两方面着手开展研究，主要工作内容包括：（1）简要分析了力觉交互设备的组成结构和工作原理，并根据虚拟装配应用的使用需求，自主研发了一款面向虚拟装配的三自由度力觉交互设备。本文重点介绍了该设备的设计指标、设计原则，以及软硬件交互接口的设计

6、与实现。（2）根据机械装配与虚拟装配技术的特点，将装配操作划分为自由操作、装配定位和装配约束三个阶段，并在此基础上提出了各阶段的虚拟力觉交互算法。在自由操作阶段提出了基于物理属性仿真的操作力模型；在装配定位阶段，根据不同配合类型给出了相应地定位阻力模型和定位引导力模型；在装配约束阶段，建立了面向不同配合类型的装配阻力模型。（3）基于VisualStudio2012平台开发了虚拟装配原型系统，并集成了自主设计的力觉交互设备和力觉交互算法，实现了机械零件虚拟装配过程中的力觉反馈功能。本文重点介绍了该系统中若干关键技术的实现方法，并应用

7、具体机械零件装配进行了实例验证。（4）设计了多组对比实验，对本文提出的定位阻力模型和装配阻力模型的可用性进行了评估。结果表明，定位阻力模型能够在装配定位阶段给用户带来更好的装配定位操作体验，而装配阻力模型的引入有助于提升用户在装配约束阶段的操作体验。关键词：虚拟装配；力觉交互设备；力觉渲染；公差和配合IAbstractHaptictechnologyisoneoftheresearchhotspotsinHuman-ComputerInteractionTechniques.Realisticforcefeedbacksdurin

8、gtheprocessofvirtualassembly(VA)canhelpoperatorbetterfeelandmanipulatethevirtualobjectsintheVAenvioronment,andhenceimproveth