1、力觸覺再現(xiàn)借助于力觸覺再現(xiàn)設備和計算機生成的虛擬仿真環(huán)境，使操作者可以觸摸、感受和操作虛擬物體，從而進一步提高虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的真實感和沉浸感，因而具有廣闊的應用領域。本文以虛擬手術仿真系統(tǒng)這一重要的應用為背景，開展了柔性物體建模、實驗仿真和模型驗證等方面的研究。
　　在柔性物體建模方法中，基于物理意義的真實性和力觸覺再現(xiàn)所需的實時性是兩個相互矛盾的系統(tǒng)需求。本文在分析了力觸覺再現(xiàn)中柔性物體建模研究現(xiàn)狀和已有方法優(yōu)缺點的基礎上，提出了

2、一種基于蜂窩狀多孔固體結構的柔性物體力觸覺再現(xiàn)模型。該模型以蜂窩單元為要素構建柔性物體的三維體模型，基于結構力學中的標準梁理論獲得蜂窩單元形變和作用力的解析表達式，實現(xiàn)基于物理意義的柔性物體形變仿真。模型不僅具有較好的形變計算實時性，而且通過改變蜂窩單元的彈性模量、孔穴邊長和內角等參數(shù)，可以實現(xiàn)線性與非線性形變仿真?；贔ALCON設備和肝臟模型構建了一個力觸覺再現(xiàn)原型系統(tǒng)，驗證了該模型的實時性和真實性。
　　針對柔性物體模型的參

3、數(shù)優(yōu)化和性能驗證需求，本文基于作用力測量模塊和FALCON設備，實現(xiàn)了一個柔性物體力觸覺再現(xiàn)模型驗證系統(tǒng)。作用力測量模塊由集成2.4GHz無線信號傳輸、AD轉換和USB接口的CC2531SoC芯片、微型力傳感器、信號調理和放大等部分組成，用于實現(xiàn)最高800Hz采樣率、14位轉換精度和無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔昧y量；FALCON設備用于實現(xiàn)三維位移測量?；谠擈炞C系統(tǒng)，本文進行了不同工具和豬肝實物交互過程中的形變和作用力數(shù)據(jù)測量實驗，為柔性物體