CHS: Small: Toward a New Generation of Untethered Magnetic Haptic Interfaces
CHS:小型:迈向新一代无线磁性触觉界面
基本信息
- 批准号:1423273
- 负责人:
- 金额:$ 50万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Continuing Grant
- 财政年份:2014
- 资助国家:美国
- 起止时间:2014-08-01 至 2019-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
This project will advance the science and technology of magnetic-levitation-based haptic interfaces by developing an untethered hand-held interface in which magnetic forces are applied to a freely moving tool rather than a handle that is physically attached to a larger device. The project will extend force-feedback devices into a new wave of development that incorporates free mobility. Current haptic devices use mechanically linkages to impart forces and torques to the user. These new untethered devices will use projected magnetic fields and an externally tracked tool so that the user is freed from any physical linkage. The project will contribute to the development of new microsurgical systems that can be used to train and evaluate novice surgeons prior to conducting surgery on actual patients.This project will investigate a new type of magnetic haptic interface, an untethered magnetic interface that renders force/torque to a permanent magnet attached to a stylus by using electromagnets that project their magnetic fields into free space. The position and orientation of the permanent magnet must be tracked to provide feedback for the device to work as a haptic interface. Unlike Lorentz-force interfaces, which must encase a portion of the stylus, the project will produce an untethered interface in which the stylus can be completely removed from the electromagnet system, thus eliminating the physical linkage between the haptic stylus and the rest of the system, and reducing stylus inertia to only that of the stylus itself. The project has three goals: (1) To develop the analytical relationships that will govern untethered magnetic haptic interfaces. Many of the existing basic principles for haptic devices will need to be reconsidered, such the fundamental trade-offs among workspace size, stylus inertia, maximum force/torque generation, maximum stable surface stiffness, and sampling update rate. (2) To adapt high-speed image-processing techniques to track the six degrees of freedom of movement that are possible in an untethered manual tool. (3) To realize a prototype magnetic haptic interface that is optimized for simulating cataract surgery.
该项目将通过开发一种无绳手持接口来推动基于磁悬浮的触觉接口的科学和技术,在这种接口中,磁力被施加到自由移动的工具上,而不是物理上连接到更大设备上的手柄。该项目将把力反馈设备扩展到新一轮的开发浪潮中,其中包括自由移动。目前的触觉设备使用机械连接来向用户传递力和扭矩。这些新的非束缚设备将使用投影磁场和外部跟踪工具,使用户从任何物理链接中解脱出来。该项目将有助于开发新的显微外科系统,用于在对实际患者进行手术之前培训和评估新手外科医生。该项目将研究一种新型的磁性触觉接口,即一种无绳磁接口,通过使用电磁铁将其磁场投射到自由空间中,将力/扭矩施加到连接到触笔上的永久磁铁上。必须跟踪永磁体的位置和方向,以便为设备作为触觉接口工作提供反馈。与Lorentz-force接口不同,Lorentz-force接口必须包裹一部分手写笔,该项目将产生一个不受限制的接口,在该接口中,手写笔可以从电磁系统中完全移除,从而消除触觉手写笔与系统其余部分之间的物理联系,并将手写笔的惯性降低到只有手写笔本身的惯性。该项目有三个目标:(1)开发管理非系链磁性触觉接口的分析关系。许多现有的触觉设备的基本原则将需要重新考虑,例如工作空间大小、触针惯性、最大力/力矩生成、最大稳定表面刚度和采样更新率之间的基本权衡。(2)采用高速图像处理技术来跟踪无系留手动工具中可能的六个运动自由度。(3)实现了一个用于模拟白内障手术的磁力触觉接口原型。
项目成果
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专著数量(0)
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会议论文数量(0)
专利数量(0)
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