虚拟现实是20世纪80年代随着对计算机图形仿真技术和智能机器人技术深入研究而发展起来的一个新的研究领域,它是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。近年来,随着计算机图形学、图像处理与模式识别、智能接口技术、人工智能技术、多传感器技术等的研究取得了很大的进展,虚拟现实在娱乐、仿真、虚拟训练、遥操作机器人的临场感技术等许多领域得到了越来越广泛的应用。虚拟现实系统的工作效率主要由系统的沉浸程度与交互程度决定的,而沉浸程度和交互程度则由系统中的头盔显示器、位置与方位跟踪器、触觉/力觉再现等决定。随着虚拟现实技术的不断发展,将触觉和力觉感知引入到虚拟环境中显得越来越重要,特别是对于有些场合要求操作者对虚拟环境进行灵巧度要求很高的精细操作,例如在虚拟人体上进行外科手术培训,不能没有触觉和力觉反馈信息。根据对人类因素的试验发现,简单的双指活动,如果将触觉反馈和视觉显示结合起来,其性能要比单独使用视觉显示要提高10%;进一步,当视觉显示失败的时候,附加使用触觉反馈则会使性能提高30%以上。本课题的研究目的主要是利用气动原理实现与虚拟环境进行触觉交互的基础性研究,以此推动其在虚拟装配等领域的应用。因此,本课题的研究和探索具有重要的理论意义和很高的实际应用价值。在文中首先分析了人手指皮肤的内部结构和与触觉有关的机械刺激神经末梢的特征,确定了利用气动喷嘴刺激SA-I神经末梢模拟人手触摸物体的角、边、面的感觉。利用Gambit建立了人手指和喷嘴的有限元模型,利用Fluent对喷嘴流场进行了仿真,根据仿真结果优化确定了喷嘴阵列的相关尺寸,并加工了两个喷嘴阵列。最后搭建了试验台,从试验的角度来验证该喷嘴阵列的效果。