[發(fā)明專利]一種基于柔性與滑動結(jié)合的觸覺再現(xiàn)手型槽裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310461959.0
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103488298A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 翟振明;羅家裕;潘一華;羅笑南;陳湘萍
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及人機交互技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于柔性與滑動結(jié)合的觸覺再現(xiàn)手型槽裝置。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)在信息技術(shù)的發(fā)展，人民對虛擬世界的認(rèn)識與要求并不會在停留在各種顯示器的屏幕上。更多的是從平面類型的認(rèn)識轉(zhuǎn)移到三維上，然后從視覺感知基礎(chǔ)上加入各種觸覺感知與再現(xiàn)，這是未來人們架構(gòu)一個虛擬世界基本大方向。在科技發(fā)展的當(dāng)今，構(gòu)建出一個人類五官都可以感受的虛擬現(xiàn)實是科技發(fā)展的要求，將來對各種工作和生活都會發(fā)生巨大的變化。而在這個虛擬的世界中，重新恢復(fù)觸覺感知則顯得非常重要。并在操作者的指端再現(xiàn)，使操作者產(chǎn)生“身臨其境”的觸覺感知效果，從而可以準(zhǔn)確地判斷和辨別物體的物理特性和分類。

觸覺再現(xiàn)接口是一類重要的人機接口裝置，在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，操作者通過該裝置可以真實地感知虛擬物體的柔性、剛度、表面紋理等觸覺特性。在遙操作機器人遠(yuǎn)程作業(yè)過程中，它可以反饋機器人末端執(zhí)行器作用對象的觸覺信息，在操作者指端再現(xiàn)物體的柔性和剛度，隨著交互式遙操作機器人技術(shù)的發(fā)展和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的廣泛應(yīng)用，設(shè)計一個能夠準(zhǔn)確、實時地再現(xiàn)觸覺感知的人機接口裝置顯得尤為重要。現(xiàn)有的觸覺感知裝置主要可分為2類：一類是滑動觸覺感知裝置。另一類是柔性觸覺感知裝置。兩類觸覺感知裝置結(jié)合就能真實地反映現(xiàn)實生活中的觸覺。

現(xiàn)有的很多裝置都是實現(xiàn)紋理觸覺再現(xiàn)，如一種基于振動的紋理觸覺再現(xiàn)裝置，該種裝置通過壓電致動控制5X10的振動針(O．5mm的鋼琴線)陣列來實現(xiàn)振動。由于所表現(xiàn)的紋理與針的直徑和分布有關(guān)，因此較難模擬非常精細(xì)的紋理。現(xiàn)有的有源的觸覺再現(xiàn)設(shè)備往往采用電機作為致動器，它能夠以相對較快的響應(yīng)速度獲得任意方向的力矩。但是它的這種有源性，有時候會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定，嚴(yán)重?fù)p害觸覺再現(xiàn)的效果。還有的基于柔性觸覺的裝置則通過伺服電機轉(zhuǎn)動改變彈性梁的有效變形長度來控制操作者手指感受到的作用力，從而實現(xiàn)物體柔軟與堅硬特性的再現(xiàn)。

現(xiàn)有的觸覺感知裝置大多數(shù)屬于滑動觸覺感知裝置，研究柔性觸覺感知裝置的較少，這是一個方面，現(xiàn)有的柔性觸覺感知裝置存在的問題是只能感知非定量的觸覺信息，無法準(zhǔn)確地、定量地再現(xiàn)虛擬或遠(yuǎn)地物體的柔性或剛度。基于伺服機的電機轉(zhuǎn)動裝置側(cè)雖然很好地定量展示物體的剛度，但是觸摸槽出也比較單一，不能很好地展示。

發(fā)明內(nèi)容

本法明提供了一套手型的觸覺再現(xiàn)裝置，改裝置部署在一個手套型觸摸槽上，在手套的手掌處有200個柔性震動傳感點和摩擦紋理旋轉(zhuǎn)點。本發(fā)明的目的在于整合柔性和滑動觸覺的裝置在同一裝配中，讓觸覺再現(xiàn)出的虛擬物體更加體力和形象。

相應(yīng)的，本發(fā)明實施例提供了一種基于柔性與滑動結(jié)合的觸覺再現(xiàn)手型槽裝置，包括：柔性傳感點，紋理滑動裝置，觸覺控制中心機以及編碼器，其中：

所述柔性傳感點包括微彈簧、柔性信號解析點，磁力裝置；

所述紋理滑動裝置包括移動振動針，紋理摩擦控制器，紋理信號解析器；

所述觸覺控制中心機系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集卡，信號分析處理器，數(shù)據(jù)流數(shù)值處理器。

所述微彈簧片是在傳感點的中部，在無信號的時候微彈簧處于壓縮的狀態(tài)；所述信號解析點是一個在柔性傳感點的小型解析器，用于接受觸覺信號的坐標(biāo)信心，和剛度信息，轉(zhuǎn)化為磁力信號控制磁力裝置拉伸彈簧；所述磁力裝置是拉伸微彈簧的重要控制部件，用于根據(jù)信號解析點的傳送的信息控制電量從而控制磁力的大小。

所述移動振動針是一系列微小的振動針集部署在手型槽的表面，實現(xiàn)紋理摩擦力再現(xiàn)；所述紋理摩擦控制器是是控制振動幅度的控制器，接受從紋理信號解析器過來的信號摩擦幅度信號；所述紋理信號解析器是解析編碼器傳送過來的摩擦力信號，并且傳輸控制信號給紋理摩擦控制器。

所述觸覺控制中心機系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集卡，信號分析處理器，數(shù)據(jù)流數(shù)值處理器；所述數(shù)據(jù)采集卡是收集虛擬信號的模擬觸覺信息的，包括接觸點信息，虛擬摩擦力值，物體剛度信息，坐標(biāo)信息；所述信號分析處理器是歸類柔性信號和滑動信號的重要部件，同時將坐標(biāo)的信息進(jìn)行立體好的處理；所述數(shù)據(jù)流數(shù)值處理器是直接連接編碼器轉(zhuǎn)化編碼器的數(shù)據(jù)格式使得編碼器可以根據(jù)規(guī)范化的數(shù)值，傳輸各種信號處理編碼給紋理信號解析器和柔性信號解析點。

實施本發(fā)明實施例，可以較大程度地提高虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的真實感，同時提高遙操作系統(tǒng)中任務(wù)的執(zhí)行效率。理論上可以完全整合柔性和滑動紋理觸覺再現(xiàn)。

附圖說明