基于主客观数据的汽车人机交互界面表面触觉反馈方法

针对汽车用户界面虚拟按钮缺乏触觉反馈或触觉反馈感受单一的问题,采集3种真实物理按钮(切换开关、自锁按钮、复位按钮)数据并提取按钮特征,基于手指按压力大小分段实现了不同的振动反馈。提出一种重现按钮顺应性的触觉渲染方法,根据用户主观感受,验证了其相比于顺应性错觉方法在顺应性、用户愉悦性等方面的提升。进行触觉反馈匹配实验,实验者根据触觉感受将3种虚拟按钮与物理按钮类型进行匹配,准确率高达94.33%,验证了提出的虚拟按钮振动触觉反馈对不同物理按钮独特感知特性恢复的有效性,用户可以在无视觉需求的情况下辨别操纵的虚拟按钮类型和状态。

沉浸式虚拟现实中加入触觉反馈对学习效果的影响——来自消防安全教育的证据

随着虚拟现实硬件设备的快速普及和使用成本的降低,沉浸式虚拟现实(IVR)在教学中的应用逐渐增多,但其研究大多关注视觉和听觉体验,对引入触觉反馈后在学习效果提升上的有效性仍缺乏证据。消防安全教育是IVR的典型应用场景,探究在IVR消防安全教育系统中加入触觉反馈(力反馈和热感)对学习者学业成绩、学习动机和认知负荷的影响,有助于为优化IVR教学应用提供依据。基于该情境的对照实验结果表明:IVR能够显著促进学习者对程序性知识、事实性知识和概念性知识的学习,并且加入触觉反馈后的知识增益更高,更加有利于程序性知识的习得;触觉反馈的加入显著降低了学习者的认知负荷,尤其是外在认知负荷,但对学习者学习动机的影响并不显著。研究结论为多媒体学习中触觉通道的整合提供了新的证据,拓展了原有多媒体学习的认知理论框架,有助于指导IVR教育资源的设计、开发及应用。

柔性触觉反馈驱动器研究进展

触觉交互界面作为用户与系统之间的重要沟通窗口,不仅能够满足用户对简单化、自然化的人机界面的需求,也是实现直接、高效完成任务的关键因素。触觉反馈驱动器作为触觉交互过程中的核心部件,能够模拟或复现多种形式的触觉信息,提高用户在操作过程中的临场感与真实感。近年来,柔性触觉反馈驱动器凭借着其轻量、柔顺、适应性强等特点,在人机交互场景中展现了广阔的应用前景与价值。首先,根据柔性触觉反馈驱动器对皮肤刺激形式的不同分为电刺激、机械刺激、热刺激3类,并进一步重点阐述了各类驱动器的最新研究进展,主要包括了各类驱动器的驱动原理、结构设计、反馈形式等。进一步地,介绍了基于柔性触觉反馈驱动器所开发的触觉反馈设备在虚拟现实、遥操作、医疗等领域的应用。最后,对当前柔性触觉反馈驱动器所面临的问题与挑战进行了总结,并对未来的发展趋势进行了展望。

基于眼动追踪和触觉反馈的人-多机器人班组交互系统

针对在动态复杂、非结构化的场景中缺乏自然、高效人机交互方式的问题,提出了一种基于眼动追踪和触觉反馈的人多机器人班组交互系统,用于管理由多机器人和人组成的团队。该系统利用混合现实头盔在现实世界中叠加虚拟交互界面,操作员通过基于凝视信号的非语言注意力感知的输入方法进行人机交互指令的输入,进而控制多机器人进行协同运动,同时操作员通过振动和挤压2种触觉反馈模态来感知多机器人系统编队队形的尺寸变化与编队完成状态。为了验证人机交互系统的有效性与可行性,设计了触觉反馈实验与人多机器人班组交互系统实验,实验结果表明:所提出的基于眼动追踪和触觉反馈的人机交互系统能有效控制多机器人系统进行编队,指令执行成功率达93.3%,与仅通过视觉反馈相比,在有触觉反馈的情况下操作员可以使用更少的时间完成多机器人状态感知,交互效率提高了14.55%。

力触觉反馈装置发展概述

力触觉反馈技术起源于主从机器人领域,能够给操作者带来真实沉浸的体验,提高操作效率。近年来,随着遥操作、虚拟现实等技术的发展,力触觉反馈装置得到了研究人员的高度关注。首先,简要总结了力触觉反馈技术的发展状况;然后,对现有力触觉反馈装置进行了分类,介绍了近年来力触觉反馈装置的研究情况;最后,针对现有研究,分析和阐述了力触觉反馈装置的发展趋势,并指出了目前存在的问题,对力触觉反馈装置未来所面临的机遇与挑战提出了一些见解。

主从遥操作机械手的阻尼触觉反馈

遥操作机械手因其独特的优势,已被广泛用于太空探索、深海探测、核设施维护和医疗手术。然而,随着任务复杂性和安全要求的提高,要求遥操作机械手具有更好的避障能力。针对此问题,提出一种新的基于可变阻尼的触觉反馈方法,为操作者提供阻尼力以感知远程环境中的障碍物,从而完成避障任务。在此基础上,提出避障阻尼模型,以解决传统的触觉方法由于考虑因素不全面而导致的不准确问题。该模型不仅考虑了传统的距离因素,还根据速度方向的新因素预测了遥操作机械手的碰撞情况,以在线调整阻尼值。实验结果表明:与没有触觉反馈的远程操作相比,该方法能够有效地提高远程操作的安全性和人类操作员的工作效率。

基于虚拟现实与触觉反馈技术的腰硬联合阻滞教学平台的研发应用

目的本研究旨在开发一个基于虚拟现实联合触觉反馈技术的腰硬联合阻滞教学平台,并对其进行教学评估。方法依据志愿者的腰部CT和MRI数据,采用MIMICS、3D MAX和UNITY 3D软件对人体模型进行三维重建,包括腰部脊柱、神经和肌肉组织以及手术环境,并对腰部各层次进行力反馈赋值。20名学员进行30次虚拟训练,由2名麻醉医师运用GRS、Checklist量表评估平台的易上手程度及学员的掌握水平,应用调查问卷获得学员的教学反馈。结果随着培训次数的增加,10次训练后,学员的操作时间稳定在(2.4±0.2)min。8次训练后,GRS评分趋于稳定,10次训练后Checklist评分也开始趋于稳定。调查问卷结果显示,学员认为该平台具有突破黄韧带的真实感、较强的可重复性和促进解剖识别的优点,80%的学员对平台感到满意。结论该教学平台可提高学员穿刺的流畅度和细节掌握能力,可作为椎管穿刺教学的一种有效方式。

触觉反馈技术在汽车信息系统中的应用

近年来汽车的智能网联化程度日益提高,现代车辆已经转变为拥有导航系统、娱乐系统、气候控制系统、车辆性能系统等信息系统的可移动计算机平台,驾驶员在车内可以访问和交互的信息量显著增加。然而在驾驶时操作功能繁多的汽车信息系统会分散司机大量的视觉和听觉注意力,造成分心驾驶,增加了发生交通事故的可能。驾驶时使用触觉模态可以与视听模态形成互补,减轻驾驶员视听负担,提高驾驶安全性、交互可靠性、使用舒适性。在总结触觉反馈技术在汽车中应用的发展历程的基础上,阐述了车内交互活动和触觉模态在车内可展现信息的具体种类;重点从车载触觉警告系统、车载触觉导航系统和车载触觉操作协助系统3个方向分析了触觉反馈技术在汽车信息系统中应用的研究进展,并分别总结了在车载警告系统、导航系统和操作协助系统中触觉激励的主要来源;分析总结相关文献,详述了汽车触觉信息系统对驾驶性能影响研究的实验环境、评估指标、评估方法和结果;基于现有技术和研究方法的不足,从触觉反馈激励信号的位置、模式和参数的选取、行为适应问题的研究、实验环境的改进、对影响触觉感知不同因素的考虑、多种汽车触觉信息系统的整合等方面,对未来汽车触觉信息系统的研究进行了讨论与展望。

基于微电流刺激的多强度分级虚拟触觉反馈

触觉反馈可以有效提高用户的虚拟现实交互的沉浸感,但是采用振动方式的触觉反馈存在反馈模态单一的缺陷;采用机械传动式、微流驱动方式的触觉反馈存在结构复杂、难以集成等缺陷.微电流触觉反馈具有集成度高、反馈模态丰富等优点,但是存在反馈强度识别准确率不够和长时间作用下易造成不适感等问题.为了解决这些问题,设计了基于微电流刺激的新型多强度电触觉反馈系统,通过研究电流参数、电极阵列和接地电极等影响因素,并引入双相电流脉冲,优化电流正负电荷量比值等方式,确定了该系统的刺激模式.35名受试者的心理物理学实验结果表明该反馈系统能够在有效减少微电流刺激带来不适的同时实现93.3%和81.7%的四级和五级强度识别准确率,优于传统方法,这可能是具有广泛应用场景的触觉反馈设备.

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。

智能压电触觉反馈专利技术的发展和前景展望

目前,人机交互反馈主要集中在视觉和听觉方面。采用触觉反馈,可大大改善用户的使用体验。触觉反馈技术还处于发展初期。智能压电触觉反馈响应速度快、频带宽。基于此,结合2010年以来中国专利全文数据库中公开的涉及智能压电触觉反馈的专利文献,分析智能压电触觉反馈技术的发展现状,并展望今后的应用前景。该项技术的开发应用将对未来实现人类生活智能化起到有效的推动作用。

下肢高自由度变形VR触觉反馈平台设计

面对如今国内针对人体下肢进行触觉反馈的研究空白,通过一种AR全地形步行模拟器结合,获得一套坚固与精度兼得的,可以承受玩家跑跳并随虚拟现实内部场景变幻形态的“VR舞台”。并内置了一种新开发的钵体滚珠高自由度结构,通过电动推杆、滚珠、马达等机械设备实现正上方接触滚珠的物体可以拥有X、Y、Z三个轴的自由度。1 AR全地形步行模拟器的应用价值1.1对克服模拟晕动症的帮助前VR技术开发者们多聚焦于视觉与听觉,生成一种模拟环境,通过一种头戴式一体的交互式的三维动态视景系统,使体验者在虚拟的世界中获得强烈的沉浸感。

基于触觉反馈的公交车驾驶员可穿戴产品设计

随着城镇化进程的加快,公共交通系统也在不断的完善,关注公共交通安全已成为一个社会热点。可穿戴产品的智能化日益显著,通过对触觉反馈的相关研究进行分析,旨在运用可穿戴产品帮助驾驶员降低认知负荷,运用可穿戴产品检测驾驶员的身体状况,向皮肤传递周围环境信号,实现更安全的驾驶过程。具体分析影响公交车驾驶安全的要素,总结得出公交车驾驶员的可穿戴产品设计的设计原则及应用。

视觉反馈联合触觉反馈在腭裂术后患者语音训练中的应用

目的:探讨视觉反馈联合触觉反馈对腭裂术后患者语音训练效果的影响。方法:85例腭裂术后患儿分为观察组(43例)和对照组(42例),观察组采用常规语音训练配合视觉反馈和触觉反馈,对照组采用常规语音训练。采用CSL测评两组患儿在语音训练前和训练2、4个疗程后的语音清晰度。结果:两组患儿语音清晰度随着语音训练疗程的增加而提高,在接受语音训练2和4个疗程后,观察组患者语音清晰度高于对照组(P均<0.05)。结论:视觉反馈联合触觉反馈可以促进腭裂术后语音障碍患者语音清晰度的提高。

手术机器人面临的一大挑战——力触觉反馈

机器人手术作为一种微创手术技术,由于其高度的精准性,已经得到了外科医生的广泛认可。但机器人手术最大的局限之一就是外科医生缺乏操作的"手感"(即力触觉反馈),增加了手术的不确定性和风险性,从而限制了手术机器人的进一步发展。文中从手术机器人力触觉反馈系统的组成、关键技术、以及当前的研究现状等几个方面,对该反馈系统进行了综述。力触觉反馈包括力反馈与触觉反馈。该系统的实现依赖力触觉的传感与再现,本文介绍了常用的力触觉传感器、再现设备及感觉模拟技术,并分析了各项技术的优缺点。对力触觉反馈系统在手术机器人的研究进展进行了概述。在汇总以前研究的基础上,对相关研究做了展望。

一种支持触觉反馈的膜组织变形仿真方法

针对一类面模型的软组织变形触觉仿真问题,提出了一种基于半边数据结构和AABBs(Aligned Axis Bounding Boxes)树结构混合的碰撞检测响应方法,命名为层次半边观察法,以适应触觉反馈计算的高帧率要求。触觉反馈仿真了膜组织的粘弹性力和粘滞性摩擦效果。粘滞性摩擦由修改的滞滑摩擦模型实现。膜组织的变形基于简单的质点弹簧模型建模。实验表明,提出的方法与单一的使用AABBs树结构方法相比,具有较高效率。记录的力反馈曲线清晰的反映了膜组织的粘滞性摩擦特征。该方法将是建立白内障虚拟手术仿真器的基础。

具备触觉反馈的实时绳子打结仿真

实现了实时绳子打结仿真。绳子使用刚性杆模型和FTL(FollowtheLeader)变形算法。碰撞处理算法将刚性杆当作圆柱体,使用AABB层次结构提高碰撞检测效率,可以处理绳子的自碰撞和绳子与其它刚体的碰撞,并通过设置临时接触约束实现等效摩擦力。通过碰撞簇的识别检测结的形成并在FTL算法中将结作为一个整体处理,确保结形成后可以在空间自由运动。图形绘制算法对刚性杆进行曲线插值以产生光滑的绳子效果。用户通过触觉反馈设备控制绳子的运动。反馈力根据绳子的张力和约束条件计算,并使用时间域上取平均的方法消除反馈力抖动现象。最后给出仿真程序的运行效果。

触觉反馈对无症状健康成人和下腰痛患者多裂肌活动的影响

目的探讨触觉反馈对下腰痛(Low back pain,LBP)患者多裂肌活动的影响。方法纳入20名健康成人(对照组)和20名慢性LBP患者(LBP组),在L5节段将两个肌电图(EMG)电极放置于两侧多裂肌位置。施术者将手与参与者的多裂肌部位进行直接、连续的接触,以施加触觉反馈,分别在有、无触觉反馈的情况下,记录以下体位时的EMG信号:①参与者静息状态时,记录EMG活动信号3次;②参与者对侧臂抬起期间,记录EMG信号5次。将对照组右侧和LBP组患侧的相对EMG值进行统计学分析。结果①在静息状态期间,两组有、无触觉反馈时的相对EMG值均无显著组间差异(P=0.829),但总体而言,触觉反馈条件下EMG值显著降低(P=0.013)。②在对侧臂抬高期间,两组间有、无触觉反馈时的相对EMG值均无显著组间差异(P=0.878),但总体而言,触觉反馈条件下EMG值显著降低(P=0.010)。结论无论是常人抑或LBP患者,触觉反馈对其腰椎多裂肌活动均具有抑制作用,甚至可能降低预期的治疗效果。

主从遥操作工程机器人的虚拟触觉反馈

虚拟现实技术的应用,改善了传统的主从遥操作工程机器人系统的作业效率。但操作过程中如不能正确处理虚拟环境下工程机器人与障碍物或地面碰撞等危险情况,易造成真实工程机器人倾覆。因此,在虚拟的工程机器人抓手端部不同运动方向上安装假想弹簧,当虚拟环境下的工程机器人抓手与障碍物或地面接近时,假想弹簧变形获得触觉反馈力给操作者以危险提示,并在主从遥操作工程机器人实验台上进行了实验。实验结果表明:通过在虚拟工程机器人上安装假想弹簧产生触觉反馈力,可有效地避免真实工程机器人与障碍物或地面硬接触,减少倾覆事件的发生。

基于触觉反馈的沉浸式虚拟仿真实验设计

针对虚拟仿真实验交互性和场景真实感不足的缺陷,基于建构主义学习理论和情景认知理论,采用双目立体显示技术构建三维沉浸式场景,结合触控笔的交互特征,设计一种沉浸式虚拟仿真资源构建方案,并在生物学野外实践虚拟仿真实验教学项目中验证该方案。结果表明:该方案简单易用、表现力强、交互体验好,可提高学习效率,激发学生的学习兴趣,满足其作为学习主体的感受。