本发明公开了一种多线圈电磁式力触觉反馈装置及方法，包括底座、设置在底座上的 n 个电磁线圈 和操作杆;电磁线圈内部为导磁铁芯、外部缠绕铜线，并与嵌入式控制系统的驱动线圈控制电路连接; 一个电磁线圈作为磁场补偿线圈设置在底座中心轴处，其余电磁线圈作为磁场产生线圈在操作空间中围 绕中心轴等距分布在底座上;线圈的姿态能够随着人机交互应用案例的需要而调整，线圈的位置能够随 着不同的人机交互应用需要而动态改变;操作杆由磁铁及手柄构成，用于在线圈产生的可操作有效磁场 空间中与磁场交互。本发明

项目成果/简介: 本技术基于人体肌肉运动生理学原理，在肌纤维处施加一定模式的电刺激信号可使肌肉发生收缩和拉伸等动作，从而使人产生自主肌体运动或使皮肤触觉小体产生特定的触觉感应。采用穿戴式柔性新型电极阵列实施电刺激，并研究多种用于力触觉反馈的电刺激模式组合，简单易行、轻巧方便、力触觉感应分辨率高，增强虚拟场景沉浸感。同时通过不同的电极阵列结构、材质、形态设计，丰富电刺激模式库，提高力触觉反馈的时间和空间准确度。 虚拟现实力触觉反馈交互技术可用于虚拟现实游戏、虚拟现实教育培训、虚拟制造等领域，也可以用于煤矿、安防等高风险领域，以及电影技术。电刺激肱二头肌力反馈交互虚拟拉弓场景交互知识产权类型:发明专利技术先进程度:达到国内领先水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:无

本技术基于人体肌肉运动生理学原理，在肌纤维处施加一定模式的电刺激信号可使肌肉发生收缩和拉伸等动作，从而使人产生自主肌体运动或使皮肤触觉小体产生特定的触觉感应。采用穿戴式柔性新型电极阵列实施电刺激，并研究多种用于力触觉反馈的电刺激模式组合，简单易行、轻巧方便、力触觉感应分辨率高，增强虚拟场景沉浸感。同时通过不同的电极阵列结构、材质、形态设计，丰富电刺激模式库，提高力触觉反馈的时间和空间准确度。 虚拟现实力触觉反馈交互技术可用于虚拟现实游戏、虚拟现实教育培训、虚拟制造等领域，也可以用于煤矿、安防等高风险领域，以及电影技术。 电刺激肱二头肌力反馈交互 虚拟拉弓场景交互

一种椎弓根螺钉植入反馈力信息采集装置,包括手柄,扭转传力机构,拉压传力机构,操作头和参考架.扭转传力机构嵌装在手柄的型槽内,拉压传力机构连接在扭转传力机构的前端,操作头连接在拉压传力机构的前端,参考架连接在拉压接头上.本发明椎弓根螺钉植入反馈力信息采集装置配合光学定位系统使用,可在椎弓根螺钉植入手术过程中直接作用于人体胸,腰椎,并同步采集反馈力信息;也可通过专门的信息采集实验作用于人体胸,腰椎标本,采集反馈力信息.所采集的力觉信息可用于虚拟椎弓根钉植入手术系统中的力觉模型构建.

伴随着虚拟现实技术，增强现实技术，触觉反馈技术以及智能机器人的出现，人们在视觉和触觉上有了越来越多不同的全新体验。例如，目前对 于机器人的操作方式一般是通过遥控装置或是手动触控，这个使用者的操作带来 很多不方便而且对于初学者来讲也不是很好掌握，同时操作失误率较高，因为我们不能真切的感受到机器人的世界。具备视觉与触觉反馈的体感机器人采用体感交互装置采集目标人体肢体关 节信息，对目标人体的姿态或动作进行分析识别;根据获取到的分析识别结果产 生对应的体感交互指令;将体感交互指令发送至机器人，机器人执行体感交互指 令;同时机器人采集自己周围环境信息，例如指尖压力信息和周身图像信息，通 过体感交互装置反馈给目标人体。通过上述方式不仅突破了传统的对机器人的控 制方式，而且通过触觉反馈的方式还有 3D 图像的显示，在大程度的让使用者得 到沉浸式的操作体验。随之而得到的不仅仅是方便的操作和大大降低的操作失误 率，同时也给用户带来了更为生动的操作体验。

01. 成果简介 本成果涉及一种多模态触觉感知装置，属于机器人传感器技术领域。与人类相似，机器人感知外界环境最真实、稳定、便捷的方式便是通过机器人手触摸，机器人手的感知能力决定了机器人是否能够正确认知外界环境以及机器人的操作精度、成功率等。在新一代机器人手中，传感装置已逐渐趋于阵列化、多功能化和集成化。目前常见的触觉传感器有压阻式、电容式、光电式等，它们都存在密度难以提高、电路处理复杂等问题。为了克服以上不足，近年出现了基于视觉的触觉传感装置，具有结构简单、信息丰富等优势。目前基于视觉的触感装置仍存在性能提升空间。 本项目将感温变色油墨材料应用于触感装置，感知机器人操作过程中的温度[1]。同时提出一种基于微视觉的触觉三维力检测方法，通过采集触觉接触区域内弹性体的形变图像的变化，采用一系列图像处理方法，并且使用神经网络拟合的技巧，定性并且定量的刻画物理世界中的触觉、滑觉等，从而提供了一种多模态触觉感知装置，可以得到三维接触力、接触物体表面的温度及纹理等多种模态信息[2]。本装置打破了传统触觉感知装置单模态信息采集的现状，可在同一感知装置中集成受力、纹理、温度等信息的测量，检测触觉、滑觉、压觉三维接触力，获得高精度的接触纹理信息，实现了多模态信息的测量，并将这些信息综合到对一个物体的识别、抓取操作中，使机器人更加智能化、人性化。本装置具有实时性好，检测稳定，检测误差小，检测精度高的优点。 图1. 基于微视觉的多模态触觉感知装置结构图图2. 结合多模态触感装置的机械手02. 应用前景 本成果技术可应用于工业机器人、智能机器人、人机协作、医疗康复等领域，应用前景广泛。03. 知识产权 本成果核心技术已申请发明专利3项。04. 团队介绍 项目团队致力于研究具备自主决策和学习能力的机器人操作技能学习系统。团队包括孙富春、方斌、刘华平、宋亦旭四位教师，专注智能机器人灵巧精准操作研究，研制了拟人触觉的传感装置、多模态穿戴交互装置、残疾人假肢灵巧手、仿人感知灵巧手和变刚度软体手，在本领域发表论文40余篇，申请专利20余项，获得IROS2016机器人灵巧操作比赛冠军、IROS2017服务机器人操作比赛亚军、WRC2016最佳科技创新奖等。同时团队和河北清华发展研究院合作成立了人工智能及机器人研究中心，共同推动智能机器人的产业化发展。05. 合作方式 技术许可。06. 联系方式 邮箱：liuyi2017@tsinghua.edu.cn， fangbin@tsinghua.edu.cn

本发明公开了一种基于有源和无源器件的小型力触觉再现方法，步骤如下：首先进行磁流变阻尼器和直流电机的标定，获得输入电流和输出力矩的关系；将预期力/力矩数值转换成磁流变阻尼器的电流输入，由磁流变阻尼器输出相应力矩，再经力触觉传递装置作用于操作人员身体；其次，安装在力/力矩作用点的传感器测量实际作用的力/力矩，比较实际输出与预期力/力矩数值，计算力/力矩误差；最后，将力/力矩误差转换成直流电机的输入信号，驱动直流电机产生误差所对应的力矩；本发明可实现小型器件输出大范围、高精度力/力矩，使得力触觉再现设备更加轻便、小巧，提升了力触觉交互的逼真度；可广泛应用于虚拟现实、遥操作机器人控制、医疗等领域。

本发明公开了一种基于力/力矩传感器的三维力反馈手柄回复力控制结构及方法，结构包括底板、两侧固定架、三角板筋、Y轴电机、X轴电机、内框、三维力传感器、拉伸弹簧、Z轴电机、配重机构、扭转弹簧、力矩传感器和手柄把手；方法为：三维力传感器和力矩传感器对力反馈手柄三个方向上的回复力实时检测；将用户当前期望的回复力值与当前手柄各自由度回复力输出差值作为PID控制器的输入；在调节过程中，利用各个环节对当前的手柄的回复力输出迅速调整；若当前手柄各自由度回复力输出值与用户当前期望的回复力值一致时，将实现当前手柄各自由度回复力稳定跟踪输入。本发明结构简单，采用PID调节方式实时稳定控制手柄的回复力大小。

1969 年, Kawai 发现在极化的含氟化合物, 聚偏二氟乙烯(PVDF ) 中, 具有很高的压电能力。 PVDF 压电薄膜还具有宽频带、高介电强度等特性, 同时具有柔韧、极薄、质轻和高韧度等机械特点, 可以制成多种厚度和较大面积的阵列元件。在触觉应用中的主要问题是: 同时对温度敏感, 压电信号同热电信号耦合在一起;不能测纯静态信号, 频带下限0. 001Hz。PVDF (聚偏二氟乙烯) 压电薄膜具有压电能力高、柔韧、极薄、质轻等特点, 其具有许多特性接近人类皮肤的特性, 受到研究人员的关注

其他成果/n本发明涉及对按钮力性能测试的试验装置，按钮触头紧固在拉压力传感器上，拉压力传感器通过第三螺钉和第三弹簧垫圈与推杆固定在推杆压圈上，同时拉压力传感器通过数据采集卡与计算机相连，推杆与导向套通过导向键相连，并用第一螺钉和第一弹簧垫圈固定，步进电机与推杆通过第二螺钉、第二弹簧垫圈和第一垫圈固定，且拉压力传感器与步进电机在同一轴线上，测试时步进电机推动推杆向前运动，进行自动测试，步进电机与电机联接板通过第五螺钉、第五弹簧垫圈固定。本发明的有益效果在于：本发明采用传感器技术，使得测试数据精确程度高，测试人员可以深入准确地了解自己的产品。