● 摘要
基于“面向口腔临床操作模拟训练系统的触觉再现技术研究”，本文设计实现了一种桌面式的采用钢丝绳传动的三自由度力觉交互装置，其不仅准确实时能跟踪人手的三维运动而且能输出大小和方向可控的三维触觉力；力觉交互装置的正反向驱动性能是衡量装置设计优劣的重要指标，以自行设计的装置为研究对象，对一般力觉交互装置的正反向驱动性能进行了分析和研究，提出了评价力觉交互装置驱动性能的方法和指标；在对机构进行运动学和动力学分析的基础上，给出了衡量驱动性能的具体指标。 在结构设计上，实现了机构选型、运动方案设计、电机以及编码器分辨率选择、传动方案设计、以及传动比和运动学参数的确定，解决了钢丝绳减速传动机构的钢丝缠绕问题，提高了机械系统的刚度，减小了机构末端的间隙，完成了一套三自由度力觉交互装置的装配图设计和零件图设计，加工出一套三自由度力觉交互装置物理样机，结合计算机虚拟环境，完成了典型的“虚拟墙”实验，所开发的力觉交互装置最终代替国外产品完成牙科手术模拟训练系统，改进牙医培训方式。 在理论分析上，完成了机构运动学和动力学分析以及操作工作空间和机构末端位置分辨率的计算，以此为基础给出了力觉交互装置正反向驱动性能的分析方法和衡量指标，提出了力椭球概念，用最大反向驱动力衡量反向驱动灵活性，用各向同性度衡量反向驱动各向同性性，并给数值算例验证理论和推导的正确性，以上分析工作为今后力觉交互装置的设计与研究提供了一定的理论基础。 本论文的完成为进一步开发口腔临床操作模拟训练系统的力觉交互装置设计提供关键技术，为开发更好的人机交互装置提供一定的参考和借鉴，还可能为机构学和机器人技术的发展增添新的动力。