MFE：一种具有交互式力、压力以及热触觉反馈的多模态手部外骨骼

《IEEE Transactions on Reliability》：MFE: A Multimodal Hand Exoskeleton with Interactive Force, Pressure and Thermo-haptic Feedback

虚拟现实与机器人远程操作技术发展促使多模态触觉反馈需求增加，现有设备仅能提供单模态反馈。本文提出多模态反馈外骨骼（MFE），配备20自由度手部姿态捕捉系统，结合主动力反馈机制（3.5-8.1N）、电渗原理指尖平面执行器（2470Pa接触压力）及热电泵温控系统（10-55℃），经X-Arm6和Inspire Hand验证，用户成功实现可变形物体操作及温差感知，显著提升情境感知与系统透明度。

　　

摘要：

虚拟现实和机器人远程操作技术的最新进展极大地增加了需要传递给用户的触觉信息种类。虽然现有的触觉设备通常提供单一模式的反馈以提高情境感知能力，但在提供包含力、压力和温度感觉在内的丰富多模态感官反馈方面仍存在不足。为了解决这一局限，我们推出了多模态反馈外骨骼（MFE），这是一种专为提供混合触觉反馈而设计的手部外骨骼。MFE具有20个自由度，可以捕捉手部姿态。在力反馈方面，它采用了一种主动机制，能够产生3.5至8.1牛顿的推拉力，从而实现与可变形物体的真实交互。指尖配备了基于电渗透原理的平面执行器，能够提供压力和振动刺激，并实现高达2.47千帕的接触压力，以产生触觉效果。在温度反馈方面，MFE集成了热电热泵，能够调节温度范围从10℃到55℃。我们通过将其集成到使用X-Arm 6和Inspire Hand操作器的机器人远程操作系统中来验证了MFE的有效性。在用户研究中，参与者成功识别并操作了可变形物体，并区分了具有不同温度的远程物体。这些结果表明，MFE不仅提升了情境感知能力，还增强了机器人远程操作系统的可用性和透明度。