中国高新技术企业杂志 2015年12月上

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需消耗少量控制能量；磁流变阻尼器的结构相对于其他 驱动装置较简单，所用材料来源丰富、价格较低，工程 应用前景较好。
力觉信息主要通过反馈设备的驱动机构提供给操作 者，因此，如何有效地提供力觉反馈和位置控制精度是 力觉临场感知系统研究的关键。力觉反馈设备由于工作 环境的关系应该具备结构简单和紧凑、操作灵活轻便、 摩擦和惯性小等特点，并且能够提供合适的操作空间和 出力，符合动力学特性，具有通用性。理想的力觉临场 感能使操作者感知的力等于从手与环境间的作用力，同 时从手的位置能够准确地再现主手的标定位置，此时的 力反馈控制系统称溶液，由表面活性剂包覆 磁性微粒，并且高度分散在基液中形成。即使有重力场 和内部磁力的作用，这种溶液也不会出现凝聚和沉淀现 象。加上外磁场后通常被磁化，显示出超顺磁性；去掉 外加磁场后，又能够恢复到原来杂乱无章的无序状态， 消失掉宏观特性。此种液体不仅具有固体的磁性，而且 还有液体的流动性，作为一种新型的功能材料，在很多 领域有着广泛的应用。 磁性液体在20世纪60年代初由美国宇航局研究开 发，是为了解决宇宙服可动部分的密封及如何在空间失 重条件下进行燃料的补充等问题。世界上第一个具有实 用意义的制备磁性液体的专利是由S.S.Pappell在1965 年获得的。在磁性液体出现以后几年内，就开始被应用 在科学实验以及工艺装置中了。此后，各国纷纷开展对 磁性液体技术的研究，如日本、前苏联、英国等。我国 起步较晚，在20世纪70年代末期才开始对磁性液体及相 关应用展开研究。 磁性液体不仅有固体的磁性，还有液体的流动性。作 为一种新型的功能材料，具有多种特殊性质，如黏度特 性、力学特性、光学特性、声学特性及温度特性，同时具 有较大的屈服应力（可达50～100kPa），对污染不敏感， 且一般采用12～24V低压电源，工作温度范围较宽（可 达－40℃～150℃），因此在诸多领域有着广泛的应用。 从20世纪80年代中期开始，对磁流变液及相关理 论和应用开始广泛起来。其中美国的Lord公司和Notre Dame大学对磁流变装置进行了大量的研究和应用。其他 国家如德国、法国、俄罗斯和日本等也投入了大量的资 金和科研对磁流变等智能材料和装置进行研究，以便应 用在军用和民用等领域产品。磁流变阻尼器的各种动力 模型结构也已经建立了起来。近年来大量涌现出应用磁 流变液做成的各种阻尼器、制动器、离合器、抛光装 置、液压阀、密封装置、复合构件、柔性夹具、健身 器、人造关节等方面的产品。
1 概述
在遥控机器人工作系统中，操作者一般是通过机器 人本身携带的传感器来获取并感知远端机器人的工作信 息。目前采用的手段主要有视觉和触觉传感。其中触觉 传感与反馈同时发生，精确度较高，实时性较强。而力 觉又是触觉中较复杂的一种感知。力觉反馈是指上位机 对操作者输入的信号进行作用，并通过力觉反馈设备反 作用于操作者的过程。在此过程中，力觉反馈设备利用 大做文章，我们期待速率实现更大的突破。前几代通讯 技术一直采用的组网方式是蜂窝通信系统，把基站作为 中心覆盖小区。而基站是无法移动的，结构不灵活，5G 可能不再使用类似的基站。 5G也在探索一种全双工技术。在同一信号上，通信 的发射方和接收方同时发送和接收信号，同时开工， 使效率加倍。5G技术将会更加多元、更加综合、更加智 能，以满足未来数据流量的无数倍增长。C-RAN接入网 架构，能够接入集中处理和实时云计算功能，也是未来 主要使用的技术之一。目前主要的研究内容包括C-RAN 的架构和功能，如集中控制、基带池RRU接口定义、基 于C-RAN的更紧密协作。类似基站簇、虚拟小区的思想 也在此技术下进行研发。通讯工具在近几十年悄然改变 我们的生活，与我们的工作和生活的联系越来越密切， 从发送消息的传呼机到手机通讯，从使用手机打电话、 发短消息再到使用手机玩游戏、看视频、上网办公的智 能机器，越来越多的功能将运用到手机中，手机将成为 我们的全体设备遥控指挥中心。手机给我们的生活带来 很大便利，很多行业制作了客户端供手机用户使用，可 以通过手机浏览网络、在线购物、在线学习、银行交 易、手机导航、手机查询等。手机客户端的使用非常便 利，受到用户的青睐，将来手机功能的需求会越来越 大，那么手机承载了如此多的功能，通讯网络的速率支
手机是我们最常用的电器设备，与我们的生活息息 相关，因此通讯行业的技术进步与我们的关系最为密 切。随着科学技术的迅猛发展，移动通信技术不断变 革，如今通讯技术发展可谓日新月异，从2G和3G，到4G 和5G，移动通讯技术不断创新发展。2013年12月，国家 准许4G进入市场，第四代移动通信4G技术正式登场，而 此时，在技术发达国家，代表更新更快的新一代移动通 信第五代移动通信系统（5G）的研发早已经竞相开展。 4G和5G技术相继走入人们的视野。那么4G和5G到底有哪 些技术呢？ 4G是第四代移动通信技术的简称，相比上一代3G技 术，其传输速率快、传输质量高，而成本却大大降低。 4G在技术方面主要采用了多址方案、智能天线技术、软 件无线电技术等。下面详细介绍一下4G关键技术的特 点。4G采用多址方案的正交频分复用技术，其主要思想 是划分信道提高利用率。将原有信道进行拆分，拆分后 子载波分别传输，并行到达。信号传出信道路途相对平 坦，但带宽较小。这样信号抗干扰能力加强，但带来了 系统的复杂性。智能天线技术是波束间没有切换的多波 束或自适应阵列天线，可以抑制信号干扰、自动跟踪和 调节数字波束。根据信号波根据发射方向做出自我调 节，对相对同步的信号动态区分。自我调节信号到达的 区域，而想要到达的波束方向不变，附带干扰波束不影 响主波。应用数字信号处理技术，产生空间定向波束， 信号的干扰是每一代通信系统着力解决的问题。每一项 技术的研发都离不开降噪。智能天线是目前应用中比较 理想的降噪方法，并且使系统的容量大大提高，降噪的 同时保证了信号质量，扩大了覆盖区域，同时降低了建 设成本。软件无线电是采用数字信号处理技术，通过软 件代替硬件来完成相应的功能，也就是用软件来实现物 理层链接的无线通讯方式。其主要是用宽带无线接收机 代替原来的窄带接收机，把数字模拟转化器放在天线周 围使用，用软件完成信号规则设置。软件无线电技术系 统的结构可以通用，功能实现灵活，方便升级，系统抗
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2015年第34期 （总第349期）
NO.34.2015 ( CumulativetyNO.349 )
力感知系统的研究综述
豆勤勤
（安徽工业大学工商学院电气信息系，安徽 马鞍山 243002）
摘要：文章介绍了力觉感知系统的结构原理，对力觉感知系统的驱动结构、新型材料磁流变液以及当前力觉反馈 设备进行了综述，提出了一种新型的基于磁流变液装置的力觉感知系统结构。该新型结构型式相对简单，几乎无 磨损，器件寿命长、所用材料来源丰富、价格低廉，有良好的工程应用前景。 关键词：力感知；磁流变液；力觉反馈设备；遥控机器人；传感器 文献标识码：A 中图分类号：TP393 文章编号：1009-2374（2015）34-0002-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.34.002
干扰进一步加强，满足不同类型的网络和接口。4G系统 与其他系统的联通并无障碍，连接便利。独立完成信号 接入。能独立完成点到点的所有IP业务，能与核心网互 联互通。这一开放结构带来了很大便利，原本需要转换 接口的技术支持和设备准备无需再用，而各项功能也逐 一实现，彼此完成。独立的IP技术使原本相互依存的无 线接入方式和物理层彼此独立。IP核心网与多种无线接 入协议相兼容，在设计核心网络时不必考虑采用哪种方 式和协议，接入都非常灵活。除此之外，4G系统对接收 机的性能要求很高。 目前4G已经进入密集的推广应用阶段，大部分手机 也开始支持4G网络，我们都能体验到4G网速的提高。而 随着科技的发展和未来需求的膨胀，5G早已进入如火如 荼的研发阶段。4G时代必然会向技术更新速度更快的5G 市场走去。未来5G将能带来更快的手机上网体验和更丰 富的手机应用，比如通过手机遥控家用电器甚至汽车， 实现万物互联。通讯行业，5G未来也意味着技术标准主 导权和专利话语权的争夺。每一代通信网络都会形成一 批以专利为代表的知识产权成果，参与其中的厂商占比 的多少会影响着它们在未来数年从行业获取的利润的多 少。华为在4G技术中的知识产权占比达到25%，5G有望 实现更多专利。新一代通信技术的应用和普及还会带来 新一轮的投资热潮。从技术层面来看，5G不是一次革 命，5G是4G的延续，5G在核心网部分不会有太大的变 动，其关键技术集中在无线部分。目前还没有定论究竟 会采用何种技术，现将目前使用的若干技术进行简述。 5G不再恋战低频段转而投向空间广阔的高频领域， 使得频谱资源丰富起来，比如厘米波段和毫米波段的资 源都能使用。频谱领域的打开拓展了技术的设计和功能 研发的空间，并且加快了短距离通信速度。新型天线技 术也是5G探索的技术。新型多天线技术早在前几代通讯 技术时代也有过考量，无源技术和有源技术都有过研发 和实践，也积累了丰富的经验，包括二维技术和后来的 三维技术支持。随着科技的发展，将在频谱效率提升上
[1] 尤肖虎．5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J]．中 国科学，2014，（5）． [2] 张献英．第四代移动通信技术浅析[J]．数字通信世 界，2011，（6）． （责任编辑：周 琼）
染也对液压传动的工作稳定性影响比较明显。 形状记忆合金机构作为一种驱动方式，做成电驱动 器，可以代替电磁螺线管以及伺服马达、液压、气动装 置。与其他的驱动方式比较，形状记忆合金机构的电驱 动器结构设计简单、紧凑，没有噪音，并且成本较低。 但是容易疲劳失效，尽管能够快速加热实现驱动，冷却 过程较长，对使用的环境温度要求较严格，一般不要超 过100℃。到目前为止很少有实用化的高温形状合金材 料可供选择使用。利用磁流变阻尼器作为半主动控制中 的驱动机构，能够实现快速并高效的状态切换，并且只
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机器人传感器测量操作者的运动信息，并将数据准确地 反馈给上位机，上位机根据力觉生成算法自动生成力觉 反馈设备的控制信号，分别传输给显示设备和力觉反馈 设备，并将远端作业环境中生成的力感反馈给操作者， 使操作者产生身临其境的力觉临场感（如图1所示）。 力觉反馈设备是机器人遥控工作系统中对力觉信息感知 的关键部件，是操作者感知机器人工作环境并对其进行 控制的重要媒介，具有人机接口的作用。 持，质量支持也是大大考验着5G的研发人员，究竟要带 给我们什么样的5G未来。因此，所有的技术无一例外地 支持速率、支持降噪、支持安全。使用D2D实现直接通 信，新型的网络架构都是目前5G研发的热点。 尽管此时5G技术尚没有最终的标准，但当我们刚刚 升级使用到4G网络的时候，世界上很多国家早已投入到 5G的战斗中来，大部分国家和企业都投入了大量资金到 5G技术的研发中，争分夺秒地抢夺未来制定5G规则的话 语权。5G并不是某一种技术的进步，也不是哪一个新技 术的应用。5G是3G和4G的融合发展，将实现前几代网络 的共存发展，是一个完全的融合网络，前期铺盖的基础 设施完全可以继续使用。实现5G是未来通信技术的发展 趋势。5G将通过更高的频谱效率、更多的频谱资源以及 更密集的小区部署等共同满足移动业务流量增长的需 求。未来5G究竟如何发展，我国通讯技术的发展和专利 占比能否达到一个新的高度，让我们共同期待。 参考文献