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)技術增強了虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的真實性和用戶的沉浸感，是一種有著廣闊應用前景的人機交互技術。系統(tǒng)交互的穩(wěn)定性是實現(xiàn)高性能和高真實性力觸覺再現(xiàn)的前提，是力觸覺再現(xiàn)領域的研究重點之一。本學位論文分別從作用力刷新率、系統(tǒng)控制方法和操作者對系統(tǒng)的影響三個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)時間查詢的

2、多線程算法實現(xiàn)了作用力刷新計算的并行設計。通過實驗研究了系統(tǒng)在采用不同線程數(shù)目時，每個線程執(zhí)行相同復雜度計算任務時的刷新時間變化。論文通過實驗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，驗證了所提出方法的有效性。實驗表明在同等條件下，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。論文針對作用力刷新的滯后性,提出基于作用力預計算的力觸覺再現(xiàn)方法。通過對下一狀態(tài)作用

3、力的預計算，減小了設備位置檢測與作用力輸出之間計算時延引起的誤差。之后設計了相關的實驗驗證了方法的有效性。實驗結果表明，基于作用力預計算的力觸覺再現(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)的主導者和感受者，其對系統(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特性，提出了調節(jié)操作者手臂機械阻抗的系統(tǒng)模型，研究了不同方向和大小的背景力場對干擾的抑制能力，并開展了一系列實驗驗證了其對力觸覺再現(xiàn)系