[發明專利]基于MEMS的仿真毛筆測力裝置

在審

• 申請號: 201310530878.1
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103605431A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 侯增選;鄭栓柱;郭超;楊廣卿;李俊強;陳廣州;黃磊
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F3/033
• 分類號: G06F3/033;G01L1/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞;梅洪玉

技術領域

本發明屬于虛擬繪制技術領域，特別是涉及一種基于MEMS的仿真毛筆測力裝置。

背景技術

1988年Chong-ming?Shi等在文獻“Chong-ming?Shi?et?al.An?input?method?of?calligraphic?characters?using?pressure?sensing?pen[C]//Proc.of?IEEE?Systems,Man,and?Cybermatics.1988,(1):369-372.”中采用一種壓力感應筆進行虛擬繪制，此壓力感應筆通過反射式紅外傳感器和反射器利用位移和電壓的線性關系計算位移，利用胡克定律計算壓力感應筆的壓力大小，用戶可以感受書寫過程中筆的受力，由此控制虛擬繪制過程，但此壓力感應筆由線圈、彈簧等構成，機械結構復雜，與計算機之間通過有線連接，操作不方便。Jeng-sheng等在文獻“Jeng-sheng,et?al.On?the?effects?of?haptic?display?in?brush?and?ink?simulation?for?Chinese?painting?and?calligraphy[C]//10th?Pacific?Conference?on?Computer?Graphics?and?Application(PG02).IEEE,2002.10:439-441.”中采用了一種6自由度的Phantom?Desktop力反饋設備，使用戶感受虛擬繪制過程中毛筆的反饋力，并完成虛擬繪制，但此力反饋設備運動范圍有限，使用不方便。2008年，孫美君在文獻“孫美君.中國水墨畫仿真中毛筆模型的研究與設計[D].天津大學，2005.”中提出了一種3D實用毛筆模型仿真方法，通過Wacom公司的Intuos2數位板和壓力感應筆實現虛擬繪制，此壓力感應筆通過電磁感應實現1024級壓力感應。但在以上三種虛擬繪制系統中運筆位置和顯示分離，這與實際書寫過程不符，影響使用者藝術水平的發揮，不能滿足虛擬繪制的要求。

發明內容

本發明提供了一種基于MEMS的仿真毛筆測力裝置，該裝置實現對仿真毛筆受力實時檢測，完成虛擬繪制。

本發明的技術方案是：

一種基于MEMS的仿真毛筆測力裝置，包括仿真毛筆筆頭、基于MEMS的力/力矩傳感器、無線傳輸設備、仿真毛筆筆桿和蓄電池。基于MEMS的力/力矩傳感器是本裝置的測力元件，實時檢測仿真毛筆所受力與力矩的大小和方向，安裝在仿真毛筆筆頭根部，直接與仿真毛筆筆頭相連；無線傳輸設備在仿真毛筆和平板電腦之間進行數據無線傳輸，安裝在仿真毛筆筆桿中，與基于MEMS的力/力矩傳感器相連接；蓄電池是該裝置的電源，位于仿真毛筆筆桿的頂端；仿真毛筆筆頭具有真實毛筆筆頭的特性，受力產生變形并將仿真毛筆筆頭受力傳遞到基于MEMS的力/力矩傳感器。

本發明的有益效果是：利用該裝置實時檢測虛擬繪制過程中仿真毛筆筆頭的受力情況，控制虛擬毛筆筆頭變形，完成虛擬繪制，可真實再現實際繪制過程。由于采用MEMS技術，該裝置體積小、重量輕。該裝置攜帶方便、操作簡單。

附圖說明

附圖是本發明的剖面結構示意圖。

圖中：1仿真毛筆筆頭；2基于MEMS的力/力矩傳感器；3無線傳輸設備；

4仿真毛筆筆桿；5蓄電池。

具體實施方式

以下結合技術方案和附圖，詳細敘述本發明的具體實施方式。

如附圖所示，該裝置包括仿真毛筆筆頭1、基于MEMS的六維力/力矩傳感器2、無線傳輸設備3、仿真毛筆筆桿4和蓄電池5。基于MEMS的六維力/力矩傳感器2是本裝置的測力元件，實時檢測仿真毛筆所受力與力矩的大小和方向，安裝在仿真毛筆筆頭1根部，直接與仿真毛筆筆頭1相連；無線傳輸設備3在仿真毛筆和平板電腦之間進行數據無線傳輸，安裝在仿真毛筆筆桿4中，與基于MEMS的六維力/力矩傳感器2相連接；蓄電池5是該裝置的電源，位于仿真毛筆筆桿4的頂端；仿真毛筆筆頭1具有真實毛筆筆頭的特性，受力產生變形并將仿真毛筆筆頭1受力傳遞到基于MEMS的六維力/力矩傳感器2。

用戶使用仿真毛筆在平板電腦上進行虛擬繪制，仿真毛筆筆頭受力產生變形，基于MEMS的六維力/力矩傳感器直接檢測出仿真毛筆受力信息，該信息通過無線傳輸設備傳輸到平板電腦，控制虛擬毛筆變形，完成虛擬繪制。