面向任务的力觉交互设备设计

力觉交互是提高手术仿真培训系统逼真度的有效途径之一,如何设计出满足系统性能要求的力觉交互设备对手术仿真系统的开发至关重要。从设计案例出发,讨论了面向任务的力觉交互设备设计方法。先分析牙科手术模拟器对力觉交互设备的性能需求,发现现有商用力觉交互设备不能满足牙科手术仿真对高刚度和大转动工作空间的要求,因而提出一种新型6自由度力觉交互设备的机构方案,采用并联3-RRC机构与串联3R机构的组合,达到了兼顾高刚度和大转动工作空间的目的。物理样机试验表明该设备的工作空间、最大输出力和虚拟刚度等指标均达到设计要求。

基于力觉交互的高速率精准操作技能训练方法

介绍了用力觉交互技术进行手眼协调高速率精准操作的动作技能训练方法。提出了记录播放和轨迹智能导引两种培训模式。在记录培训模式中,采用PD控制的方法使学员被动感受专家的运动信息。在智能导引纠正模式中,学员主动操作交互设备,计算机根据学员的操作情况控制交互设备输出导引力或纠正力。最后,采用Omega 3DOF建立了具备触觉显示和图形显示功能的"信封靶"描绘技能训练系统样机平台,分析了力模型参数对系统稳定性的影响。实验结果证明了培训方法的可行性。