元宇宙多模态触觉感知与交互的数据手套技术研究

为了提升元宇宙虚拟手交互的逼真性,研发了一种多模态触觉感知与交互的数据手套系统,该系统具有硬件集成度高、响应速度快、数据采集精确和轻便易穿戴的特点。人手穿戴此数据手套后,系统能够采集人手操作时的温度、指尖按压力和手指弯曲程度等数据,并把这些数据实时赋予给虚拟环境中的虚拟手,让虚拟手具有类似人手的动作行为和感知。提出了一种多通道循环采集数据方法,该方法可以高效且准确地捕捉温度、指尖按压力和手指弯曲程度等异构多模态数据,减轻了数据手套的硬件电路复杂性。实验结果表明,此数据手套在获取实时手指动作信息方面精度较高,提升了虚拟手动作的灵活性、直观性和自然性。     

气动力反馈数据手套设计与验证

针对目前面向大型复杂机电产品的虚拟装配环境中力反馈装置所能提供的触觉力偏小的问题,提出一种基于微型低摩擦气缸的内置式力反馈数据手套.首先介绍了手套结构及其工作原理;然后搭建了实验系统,基于牛顿迭代法进行运动学方程组求解,验证了手套的角度测量和力反馈功能;最后开发了手套的人机交互控制系统,采用D-H理论来描述虚拟手的空间位置,基于虚拟墙的弹簧-质点模型计算虚拟力.实验结果表明,所设计的数据手套可实现大触觉力的反馈,满足虚拟装配系统虚拟抓取的需求.     

数据手套中传感器技术的研究

通过对人体手部的生理构造和运动机理的分析，得到了数据手套的基本数学模型。采用什么样的传感装置在数据手套系统中实现该模型则成为研究的重点内容，通过对传感器物理性质和材料选取进行大量的研究分析和实验测试，选用光纤来制作传感器，并且将这种光纤传感器应用于数据手套的开发，取得了满意的效果，本将详细论述研制这种光纤感器的技术原理和实现过程。     

面向灵巧手的三指五自由度数据手套BHG-1设计及实验研究

遥操作方法是用于控制具有通讯大延迟系统的一种方法，数据手套是其中的重要设备 ．本文介绍了北航机器人研究所建立的遥操作臂手集成系统及面向三指灵巧手的数据手套的 设计、实验研究．     

基于数据手套的仿人机械手控制系统

为了以自然、直观的方式控制仿人机械手,提高仿人机械手的操作性能,设计和实现了基于数据手套的仿人机械手控制系统.提出了从14-传感器数据手套到仿真虚拟手和五指型仿人机械手的关节角度映射方案.设计了实时仿真控制和在线控制两类控制模式,提出的借助仿真虚拟手可及时展示控制效果,解决了在线控制仿人机械手时运动时延带来的控制不直观的问题.实验结果证明了基于数据手套的仿人机械手控制系统的正确性和实用性.     

基于MEMS的数据手套传感技术研究

目前数据手套大多采用机械式、光纤式或者图像识别等方法来获取手势姿态.基于MEMS传感器设计的数据手套利用MEMS传感器（三轴陀螺、三轴加速度计和三轴磁阻）,根据惯性测量原理,采用基于四元数解算的扩展卡尔曼滤波信息融合方法来获得手指全姿态信息,克服了传统方法的局限性.其穿戴方便、运动自由度大、抗干扰能力强,且不受光线条件的约束.测试和实验的结果表明,基于MEMS传感器的数据手套稳定可靠,具有一定的创新性和实际应用参考价值.     

基于外骨骼的数据手套设计及控制研究

针对可穿戴式外骨骼机器人上的装备控制,设计了一种基于外骨骼的数据手套,该外骨骼数据手套的功能为通过手势变换输入信号控制外骨骼上的装备运作。外骨骼数据手套的控制方法为通过不同手指组合绷直带动外骨骼骨架触碰到不同的开关,使单片机采集到不同的信号来调用所需功能。这种控制方式相比于对比手势模型类型的数据手套,控制较简单、成本更低廉。同时,利用解剖学对输入指令的手指进行筛选来选出灵活度较高的手指,通过机器人学D-H法对手指机械骨架进行运动学正解分析,并使用ADAMS软件做运动学仿真帮助尺寸设计。最后基于SoildWorks软件对外骨骼数据手套进行了建模以及实物实验,验证了所提出的控制方式的正确性与合理性。     

数据手套中智能化数据处理技术的研究

该文针对数据手套应用过程中出现的布置在手套上传感器的零位、测量范围易变;从传感器获取的数据波动大;手套固有的动作牵连,引起的传感器输出耦合;动作的智能判断;非线性修正等问题,进行了深入的研究。提出了自动调零和调幅中的软硬件结合方法;行之有效的数据的预处理技术;传感器数据的实时解耦;手势的智能判断等相应的解决方法,满意地解决了数据手套应用中的各种问题。     

基于云平台交互的手部康复训练评估手套

为了协助医生实现远程指导病人进行手部康复训练,提出了一种基于云平台交互的手部康复训练评估手套的设计。该系统利用示教手套采集医生的手部姿势数据,将其通过云平台转发至气动式的康复训练手套,控制康复训练手套执行对应动作以辅助患者同步运动。实验结果表明,该系统具备在线康复训练指导的能力,为提高医护人员工作效率和减轻患者负担提供了一个有效途径。     

磁流变液装置及其在力反馈数据手套中的应用

在传统数据手套的基础上,利用磁流变液这种智能材料的力学性能,设计了一种带力反馈功能的新型数据手套。该新型力再现数据手套的核心部件是其硬度可控装置。文中对硬度可控装置的原理、结构和控制电路等进行了详细的阐述。在机器人遥控操作中,利用这种新型数据手套结合图形仿真,操作者能够在本地虚拟环境中,充分掌握远地机器人与真实环境之间相互作用的关系,实现良好的力觉临场感。     

一种数据手套交互控制模块的设计与应用

在三维虚拟环境下进行虚拟制造(VM),是当今制造业发展的趋势.数据手套是实现虚拟现实技术的交互设备之一,数据手套的应用对于虚拟制造非常重要.研究数据手套的功能和原理,设计了一种面向虚拟制造的数据手套交互控制模块.通过虚拟手的建模以及数据手套实时采集数据,来实现虚拟手与人手的手势映射,并结合层次包围盒算法实现虚拟手与虚拟场景的碰撞检测.研究结果显示,在模块下人手到虚拟手的动作映射和虚拟手对虚拟物体的碰撞检测能基本满足虚拟制造系统的理论要求,具有一定的实用性.     

基于数据手套的力觉再现装置的设计􀀂

以 Cyber Glove 数据手套为对象,通过一组特殊的机械结构、微电机及控制电路,使其具有力觉再现功能.在遥操作中,利用这种数据手套,结合图形仿真,操作者能够在本地虚拟环境中,充分掌握远地机器人与真实环境相互关系,实现良好的力觉临场感.     

Glove-based approach to online signature verification

Utilizing the multiple degrees of freedom offered by the data glove for each finger and the hand, a novel on-line signature verification system using the Singular Value Decomposition (SVD) numerical tool for signature classification and verification is presented. The proposed technique is based on the Singular Value Decomposition in finding r singular vectors sensing the maximal energy of glove data matrix A, called principal subspace, so the effective dimensionality of A can be reduced. Having modeled the data glove signature through its r-principal subspace, signature authentication is performed by finding the angles between the different subspaces. A demonstration of the data glove is presented as an effective high-bandwidth data entry device for signature verification. This SVD-based signature verification technique is tested and its performance is shown to be able to recognize forgery signatures with a false acceptance rate of less than 1.2%.     

新型数据手套及其手势识别研究

在人机交互系统中,为了准确获取手部的运动信息,设计了一种基于微机电系统MEMS加速度传感器的新型数据手套.该数据手套以MXR9500传感器和SPCE061A单片机为核心元件,通过检测加速度传感器的三轴加速度来获取手势动作的空间三维信息和手指的运动信息.以该数据手套为基础开发的汉语手指语拼音字母识别系统,采用基于模糊理论的识别算法,进一步提高了识别准确率.测试结果表明手套测量数据准确,识别系统准确率高、运行稳定.     

基于Web的手套机工业物联网平台设计与开发

针对手套机生产过程的远程监控管理、大数据处理和数据可视化问题,设计与开发了一款基于Web的手套机工业物联网平台。平台与物联网体系相结合,实现人员基础信息管理、手套机设备运行监控、报警推送、程序远程更新升级和生产数据统计分析等功能。采用Socket完成端口模型和线程池技术设计通信服务程序,解决了大量手套机通过WIFI无线通信方式传输的高并发数据处理问题。经测试,该平台界面美观,操作方便,实时性强,实现了在高并发网络连接情况下的稳定运行,CPU使用率低于6.03%,内网环境每秒能处理80.9个HTTP请求,外网环境每秒能处理24.9个HTTP请求,达到车间生产要求。该平台为智能手套机远程监控管理的开发与应用提供较好的参考价值。     

Determination of key dimensions for a glove sizing system by analyzing the relationships between hand dimensions

The present study identified key dimensions for the development of a glove sizing system by analyzing the relationships between hand dimensions and demonstrated the construction process of glove sizing systems based on the selected key dimensions. Three hand dimensions (HL: hand length; HC: hand circumference; HB: hand breadth) were selected as the candidates of glove key dimensions by surveying the literature and industry practices of glove sizing systems. Of the key dimension candidates, HL and HC were selected by examining the results of correlation and multiple regression analyses on the 1988 US Army hand anthropometric data. A cross-tabulation of HL and HC with an interval length of 1.3 cm was constructed for each gender and the corresponding lengths and circumferences of cells covering more than 2% of the population were used to provide glove sizing parameters. It was identified that the glove sizing system for males is different from that for females and has more size categories.     

虚拟装配环境中虚拟手与虚拟零件的碰撞检测研究

虚拟装配环境中,采用数据手套进行虚拟零件操作是一个很重要的方法,通过在数据手套生成虚拟手的基础上,研究了虚拟装配民虚拟手与虚拟零件基于Hertz的碰撞检测算法,推导手指表面为球面的实现公式,并给出了具体的实现步骤。