Virtual Rheological Objects for Visual and Haptic Presentation

用于视觉和触觉呈现的虚拟流变对象

基本信息

批准号：
14205039
负责人：
HIRAI Shinichi
金额：
$ 20.3万
依托单位：
Ritsumeikan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

This research establishes fundamental technologies for visual and haptic presentation of rheological objects. Rheological objects such as biological tissues and foods show both viscoelastic and plastic nature in their deformation. In this research, we first established a particle-based modeling of rheological objects. Introducing topology maintaining and volumatic effects, we have succeeded a stable computation of rheological deformation in the particle-based modeling. Second, we realized a logical circuit to compute the rheological deformation using an FPGA. Implementing the computation of rheological deformation on an FPGA(Field Programmable Gate Array), we realized almost 100 times faster computation than PC computation. Thirdly, we established a calibration method to identify model parameters in a particle-based model. We constructed a system to measure realtime deformation of a rheological object and pressure distribution on it to identify the model parameters based on the measurements. Next, we investigated another particle-based modeling based on continua mechanics. We stably computed the deformation of uncompressive objects where Poisson's ratio is equal to 0.5 using the CSM (Constraint Stabilization Method).This research is summarized as 1) computation of large rheological deformation based on particle-based modeling, 2) realtime deformation computation using FPGA (Field Programmable Gate Array), 3) realtime deformation measurement using a laser range finder and a tactile sensor, and 4) identification of model parameters by randomized algorithm. Based on these results, simulation of deformation where compression ratio is 10%, video-frame rate computation of a particle-based model with over 1000 particles, and model identification with error within 10%.

这项研究建立了用于视觉和触觉呈现流变对象的基本技术。生物组织和食物等流变对象在其变形中既显示出粘弹性和塑性性质。在这项研究中，我们首先建立了基于粒子的流变对象建模。引入拓扑维持和量化效应，我们成功地计算了基于粒子的建模中流变学变形的稳定计算。其次，我们意识到使用FPGA计算流变变形的逻辑电路。通过在FPGA（现场可编程栅极阵列）上实施流变学变形的计算，我们实现了比PC计算快的速度近100倍。第三，我们建立了一种校准方法来识别基于粒子模型的模型参数。我们构建了一个系统，以测量其在其上的流变对象和压力分布的实时变形，以根据测量值识别模型参数。接下来，我们研究了基于Continua力学的另一种基于粒子的建模。我们稳定地计算了使用CSM等于0.5（约束稳定方法）等于0.5的不可压缩物体的变形。这项研究总结为1）基于基于粒子的建模的大型流变变形的计算，2）使用FPGA实时变形计算（现场编程门阵列），3）使用激光范围查找器和触觉传感器的实时变形测量，以及4）通过随机算法识别模型参数。基于这些结果，对压缩比为10％的变形的模拟，具有超过1000个粒子的基于粒子模型的视频框架速率计算以及在10％以内的误差的模型识别。

项目成果

期刊论文数量（40）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Precise deformation of rheologic object under MSD models with many voxels and calibrating parameters

DOI：
10.1109/robot.2004.1308104
发表时间：
2004-09
期刊：
IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2004. Proceedings. ICRA '04. 2004
影响因子：
0
作者：
R. Nogami;H. Noborio;Fumiaki Ujibe;H. Fujii
通讯作者：
R. Nogami;H. Noborio;Fumiaki Ujibe;H. Fujii

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