一种新型手臂力触觉反馈装置的设计与实现

力触觉是重要的非视觉信息来源之一,通过触觉向人类传递丰富的信息被广泛应用于各个领域。为解决基于振动的力触觉反馈中所存在的振动器与皮肤之间接触力不可调和重复穿戴时接触力不一致而影响振动感知的问题,提出了一种利用气囊来调节振动器与皮肤之间的接触力的方法,并以此设计了一种新型手臂力触觉反馈装置。为验证装置的有效性,设计了不同的振动强度识别实验。实验结果表明,对于参与实验的受试者,振动器与皮肤之间的接触力对振动强度的识别的影响是显著的,在气囊内外气压差为15 mbar时,振动强度的识别率最高,为76. 67%。     

机器人触觉临场感电触觉反馈技术研究

本文对机器人触觉临场感电触觉反馈技术进行了实验性研究。设计出了电触觉反馈装置和触觉反馈手套,结合我们已经研制出的指形触觉传感器和数据手套构成了遥操作机器人触觉临场感系统。联机实验结果表明,该触觉反馈装置能够给操作者提供有效的触觉反馈。     

计算机触觉:虚拟现实环境的力触觉建模和生成

触觉是人类5种感觉通道之一,在日常生活中发挥着不可缺少的作用.在虚拟现实和增强现实系统中,力触觉反馈的引入有望显著提高人机交互的沉浸感和交互性.文中综述了虚拟现实环境中力触觉感受的建模和生成方法,从力触觉生成与视觉生成的差异性出发,回顾了计算机触觉的发展历史和国内外研究现状,重点分析了虚拟物体建模、碰撞检测、碰撞响应、变形计算等关键技术,并提出了力触觉生成技术的未来发展趋势和技术挑战.     

新型智能材料在力/触觉反馈中的应用

新型智能材料电/磁流变液在电/磁场作用下,能够在几毫秒时间内由牛顿流体状态变为半固体状态.在简单介绍电/磁流变效应产生机理、特点的基础上,阐述了国内外几种典型的基于电/磁流变液体的力/触觉反馈设备的原理、结构和应用,比较了电/磁流变液的优缺点,总结了基于电/磁流变液设备的优势和存在的问题,展望了应用前景.     

机器人触觉传感器发展概述

触觉是机器人感知外部环境的重要信息来源。近10年来,随着触觉感知技术和交互技术的广泛应用,机器人触觉传感技术得到了机器人研发人员的高度关注。首先简要回顾了近50年来机器人触觉传感器技术研究的发展情况,特别是我国在机器人触觉传感器技术领域的研究历程;然后,对现有机器人触觉传感技术进行了分类总结;接着,对当前触觉传感技术研发的前沿即电子触觉皮肤的研究做了分析和阐述,指出了机器人触觉传感技术研发亟待解决的关键问题,并对未来的发展趋势提出了一些见解。     

遥作机器人系统中的触觉反馈

由于人工智能,传感和控制技术水平的限制,工作在复杂或未知环境下的全自主型机器人是目前难以达到的目标。具有遥控作业能力的机器人系统则是实现未知环境下作业的有     

带有振动触觉反馈的上肢康复系统

康复机器人在脑卒中患者的术后恢复治疗中起着重要作用。为了提高患者在康复训练过程中的主动性和专注度,提出了一种带有振动反馈的上肢康复训练系统。该系统利用多传感器获取人的上肢位姿信息,实现与虚拟场景的实时交互,并通过实时多层级振动反馈引导人的康复动作。通过心理物理学实验评估受试者对不同振动强度的感受,得出了人体感受区分明显的3个振动强度等级。构建了视触觉有效性实验,受试者需要在虚拟场景中完成特定的康复动作,实验结果表明,相较于无触觉反馈,受试者在振动触觉反馈的作用下可以更稳定高效地完成康复任务。     

力／触觉再现设备的研究现状与应用

力/触觉再现技术作为一种新兴的人机交互模式在虚拟现实系统得到较多应用。力/触觉再现设备是力/触觉再现系统实现过程中必不可少的环节,受到广泛的重视和研究。讨论了力/触觉再现设备的种类和特点,分类介绍了国内外力/触觉再现设备的研究现状,并作了分析比较。最后讨论了力/触觉再现设备在不同领域的应用,并探讨了其未来的研究发展趋势。     

双触点交互的力触觉实时生成方法

力触觉的生成和交互有助于提升虚拟环境的沉浸感和真实性.提出了一种双触点交互的力触觉实时生成方法.把双触点交互分为4种状态,分别提出不同状态下双触点交互的力触觉实时生成算法,并建立虚双触点交互的实验环境,开展双触点交互力触觉生成的评价研究.实验结果表明,该方法能够实时生成双触点交互时的力触觉,增强虚拟环境的沉浸感和真实性,提升了人手力触觉交互的自然性.     

机械手触觉技术研究发展综述

如何将复杂的多感知触觉技术融入机械手臂中是目前机器人技术发展中亟待解决的问题.无感官触觉回路的机械手臂并不适用于软体、易碎等物体的抓取,不同的物体需要不同的抓取力规划,抓取力过大往往会造成物体的损坏.从触觉传感器的设计出发,分析国内外机械手臂触觉研究现状,阐述前端执行器机械手触觉传感实现的主要技术,同时包括触觉技术的类...     

Social stress and performance in human-machine interaction: a neglected research field

Abstract

Given the increasing capabilities of highly automated systems, the article argues for a need to address the issue of social stress in human-machine interaction. It suggests a classification system of subordinate concepts found in the research literature under the heading of social stress. A review of the literature revealed a paucity of studies examining the effects of social stressors on performance. In particular, the review showed a shortage of experimental lab-based work, needed to establish clear cause-effect relationships. The article examined the suitability of different social stressors for lab-based research, not only when humans are the source of stress but also in so-called hybrid teams where social stress is caused by machine agents. The review shows that a closer link is needed between the separate literature on social stress and automation. Finally, three mechanisms are proposed that may predict how social stress may affect performance: ‘blank-out’-mechanism, ‘rumination’-mechanism, and ‘increased-motivation’-mechanism.

Practitioner summary: Theories of ergonomics and human factors may benefit from better integration of research and theoretical work in the domain of social stress. This is due to the increasing capabilities of machines to induce social stress.

Abbreviations: HMI: human-machine interaction; TSST: trier social stress test     

基于软体手的机器人遥操作人机交互系统研制

为了提升抓取软体物体、易碎物体的完整性,设计制作了一种基于软体手的机器人遥操作人机交互系统。研制了一种嵌入了弯曲传感器的软体主手,获取人手的弯曲电信号,以此判断人手的弯曲程度,实现对软体从手系统的遥操作。并在远端软体从手中嵌入压力传感器,获取软体从手抓取目标时的表面压力电信号,以此来判断软体手抓取目标时的力度,实现力反馈。软体手人机交互系统能够减小传统刚体机械手抓取目标的限制,可有效抓取软体或易碎目标,实验表明了其有效性。     

机器人触觉传感技术研发的历史现状与趋势

触觉是机器人实现与外部环境直接作用的必需媒介．相对其它机器人传感技术触觉传感技术已明显落后．本文从总体上简要回顾触觉传感技术研发历程,分析指出其中的不足与主要原因．在简述目前触觉传感技术研发的现状后,介绍分析机器人技术发展的新趋势及随之而来的触觉传感技术发展趋势．对今后触觉传感技术的研发提出我们的见解．     

并联式下肢康复外骨骼运动学及工作空间分析

同构串联式外骨骼普遍存在人体生物关节轴线与外骨骼机械关节的转动轴线发生偏移(即人机关节失配)的问题。为此, 本文提出了一款并联式髋关节外骨骼, 通过新型的结构设计消除了人机关节失配的问题和穿戴前繁琐的人机关节校对环节, 同时具有人体髋关节的所有运动自由度, 并实现髋关节屈曲/伸展和外展/内收方向的助力。另外, 为解决并联外骨骼驱动力耦合问题, 提出了基于人机耦合动力学模型的控制方法, 实现了各支链驱动器的协同助力控制。最后, 构建了可穿戴外骨骼样机系统, 在穿戴者身上开展了1类外骨骼运动性能验证实验和4类运动助力实验, 实验结果验证了所提出外骨骼与人体良好的运动相容性以及控制器助力的有效性。

     

并联式髋关节外骨骼设计与基于人机耦合动力学方法的系统实现

同构串联式外骨骼普遍存在人体生物关节轴线与外骨骼机械关节的转动轴线发生偏移(即人机关节失配)的问题。为此, 本文提出了一款并联式髋关节外骨骼, 通过新型的结构设计消除了人机关节失配的问题和穿戴前繁琐的人机关节校对环节, 同时具有人体髋关节的所有运动自由度, 并实现髋关节屈曲/伸展和外展/内收方向的助力。另外, 为解决并联外骨骼驱动力耦合问题, 提出了基于人机耦合动力学模型的控制方法, 实现了各支链驱动器的协同助力控制。最后, 构建了可穿戴外骨骼样机系统, 在穿戴者身上开展了1类外骨骼运动性能验证实验和4类运动助力实验, 实验结果验证了所提出外骨骼与人体良好的运动相容性以及控制器助力的有效性。     

用于触摸屏交互的可穿戴指端力反馈系统设计

力触觉再现技术在增强用户与触摸屏交互的真实感和沉浸感方面发挥着越来越重要的作用,设计了一种面向触摸屏图像信息感知的可穿戴指端力反馈装置。设计基于线绳牵引驱动的指端力反馈机构,将装置分为驱动和可穿戴部分,使其具备小巧、轻便、易佩戴的特点。设计测控系统,实现了输出反馈力的检测和控制。研究图像信息提取和力触觉建模算法,获取图像中物体的三维特征信息,配合力反馈装置和测控系统实现图像纹理高度、外形轮廓信息再现反馈。实验结果表明,该装置最大可以提供5.3 N的反馈力,能够帮助用户感知触摸屏中图像的高度和形状信息。     

交互模态与任务类型对用户交互绩效的影响

人机交互系统如何适应用户搜索任务变化,提供更优的交互模态是有待研究的课题.实验邀请30名被试,研究采用3(交互模态:触控、语音、眼控)×2(任务类型:操作模糊型、操作明确型任务)的双因素混合实验设计.采集首次点击时间、注视点数、热点图、注视路径等眼动数据,以表征用户交互过程中的访问行为、浏览行为,并通过任务负荷、满意度等评估用户的互动行为.实验结果表明,任务类型显著地影响用户搜索的访问行为和浏览行为绩效.在操作明确型任务中,用户在初始页面、搜索结果等页面停留时间短,任务满意度和负荷等互动评估高;在操作模糊型任务中,用户采用了随机搜索策略,视觉搜索路径复杂.交互模态影响用户搜索过程中的行为绩效,语音交互时用户切换页面次数显著高于眼控、触控模态.此外,用户信息需求模糊时,触控交互的访问行为、互动行为绩效最佳,其次为眼控交互.研究发现了用户搜索行为与视觉注意的关系,为人机系统的交互设计提供了参考.