题目：力觉交互设备设计方法研究

本文探讨力觉交互设备的设计理论与设计方法，提出了交互设备各项关键性能的评价指标，重点研究了性能指标与机械系统参量和控制系统参量的内在关系，并以六自由度交互设备iFeel6为设计案例，验证了所提理论和方法的正确性。 首先针对机构设计提出了无奇异任务空间设计方法，定义了奇异位形接近度函数，从静力学意义上给出了度量非奇异位形与奇异位形接近程度的量化指标。针对并联机构，提出了拟奇异空间分析法，可以有效判别奇异位形所在区域，达到避免奇异位形的目的。 其次建立了位姿分辨率与传感元件性能参数、输出力/力矩与驱动元件性能参数的关系模型，定义了位姿分辨率各向同性的评价指标，以及输出力/力矩各向同性的评价指标，为传感器与驱动器选型提供了理论依据。 第三研究了反向驱动性能评价方法，提出用末端等效重力和末端等效惯量分别作为度量反向驱动的静态和动态性能指标，建立了两项指标的理论计算模型，为获得良好反向驱动性能提供了分析方法。 第四建立了虚拟刚度上限值的理论计算模型，揭示了操作者阻尼系数、设备阻尼系数和系统采样时间对虚拟刚度上限值的影响。鉴于操作者阻尼系数与设备阻尼系数理论上难以量化，提出了交互设备虚拟刚度上限值的实验测试方法。 最后以提高虚拟刚度上限值为目标，提出了多更新率与电流闭环两种控制模型，建立了各自的虚拟刚度上限值估计模型。以单自由度交互设备为例，进行了虚拟刚度上限值测定，实验结果证实了两种控制模型对于提高虚拟刚度上限值的有效性。 本文系统地探讨了力觉交互设备的设计理论和设计方法，从设计角度研究了提高设备性能指标的可能途径，为研制高性能交互设备提供了理论和方法。