一種基于柔性與滑動結(jié)合的觸覺再現(xiàn)手型槽裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開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(jī)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(jī)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。實施本發(fā)明，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)。
【專利說明】一種基于柔性與滑動結(jié)合的觸覺再現(xiàn)手型槽裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及人機(jī)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)】
[0002]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。
[0003]觸覺再現(xiàn)接口是一類重要的人機(jī)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(jī)器人遠(yuǎn)程作業(yè)過程中，它可以反饋機(jī)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(jī)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(jī)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。
[0004]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(0.5mm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?，F(xiàn)有的有源的觸覺再現(xiàn)設(shè)備往往采用電機(jī)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(jī)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)。
[0005]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(jī)的電機(jī)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】

[0006]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。
[0007]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(jī)以及編碼器，其中:
[0008]所述柔性傳感點包括微彈簧、柔性信號解析點，磁力裝置；
[0009]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；
[0010]所述觸覺控制中心機(jī)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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]所述觸覺控制中心機(jī)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。
[0014]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)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0016]圖1是本發(fā)明實施例中的基于柔性與滑動結(jié)合的觸覺再現(xiàn)手型槽裝置；
[0017]圖2是本發(fā)明實施例中的柔性傳感點結(jié)構(gòu)示意；
[0018]圖3是本發(fā)明實施例中的觸覺控制中心機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖4是本發(fā)明實施例中的基于柔性與滑動結(jié)合的觸覺再現(xiàn)手型槽裝置的實現(xiàn)流程圖。
【具體實施方式】
[0020]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0021]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。
[0022]圖1示出了本發(fā)明實施例中的基于柔性與滑動結(jié)合的觸覺再現(xiàn)手型槽，該裝置的主要由一下幾部分組成:柔性傳感點，紋理滑動裝置，觸覺控制中心機(jī)以及編碼器等。此外還有一些零件比如:底座、支架板、電路板盒、橫梁、軸承、彈性聯(lián)軸器、限位開關(guān)等等。這些零件、裝配體組合在一起，構(gòu)成了整個的觸覺再現(xiàn)機(jī)械裝置。
[0023]圖2示出了本發(fā)明實施例中的柔性傳感點結(jié)構(gòu)示意圖，柔性傳感點包括微彈簧、柔性信號解析點，磁力裝置。
[0024]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)，
[0025]信號解析點是一個在柔性傳感點的小型解析器，主要是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。
[0026]磁力裝置是拉伸微彈簧的重要控制部件，可以根據(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。
[0027]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。
[0028]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)。
[0029]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。
[0030]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。
[0031]該種裝置裝配在手型槽下，通過壓電致動控制10X10的振動針(0.5mm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)它能夠以相對較快的響應(yīng)速度獲得任意方向的力矩。再現(xiàn)系統(tǒng)通過針型接觸陣列實現(xiàn)，由直徑0.5_的鋼琴線排列成10X10的接觸陣列，分布于2mm厚的橡皮膜上。針的振動頻率為250Hz，即人皮膚能感覺到的最大的振動頻率，采用壓電激勵方式驅(qū)動針跳動，并控制它的位移。針振動的振幅隨著虛擬物體表面狀況和手指放置在顯示窗口二維位置的變化而變化。使用著在手型槽上移動，裝置就會啟動，根據(jù)虛擬物體的摩擦程度啟動摩擦力再現(xiàn)。
[0032]觸覺控制中心機(jī)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。
[0033]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。
[0034]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。
[0035]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。圖3為觸覺控制中心機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0036]觸覺控制中心機(jī)系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集卡向信號處理分析器驅(qū)動器發(fā)出脈沖信號、方向信號和坐標(biāo)，這一操作是通過數(shù)據(jù)采集卡的可編程定時/計數(shù)器口(Timer/Counter)和DO 口實現(xiàn)的。該信息包括了操作者在操作觸摸虛擬物體的時候，虛擬物體與操作者虛擬接觸時，各種柔度剛度和摩擦信息，通過發(fā)送出來的脈沖信號、方向信號和坐標(biāo)信號完整表現(xiàn)。通過信號分析器的分析和分離，提取出了兩個裝配的信息，之后經(jīng)過數(shù)據(jù)流數(shù)值處理器進(jìn)行規(guī)范化的數(shù)值流輸入，使得編碼器的效率更加高。
[0037]圖4示出了本發(fā)明實施例中的基于柔性與滑動結(jié)合的觸覺再現(xiàn)手型槽裝置實現(xiàn)的方法流程圖，包括如下步驟:
[0038]開始；
[0039]進(jìn)入虛擬操作界面；
[0040]虛擬物體的展示選擇；
[0041]計算機(jī)控制觸摸虛擬物體；
[0042]剛度，方向和坐標(biāo)信息收集；
[0043]信息處理與分析傳送編碼器；
[0044]柔性信息解析器發(fā)送給傳感點，紋理信號解析器發(fā)信號給控制單元；
[0045]手型槽啟動觸覺模擬再現(xiàn)，如果繼續(xù)則進(jìn)入到虛擬物體的展示選擇，否則結(jié)束流程。
[0046]綜上，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)。。
[0047]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述實施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲于一計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中，存儲介質(zhì)可以包括:只讀存儲器(ROM，Read Only Memory)、隨機(jī)存取存儲器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盤或光盤等。
[0048]以上對本發(fā)明實施例所提供的一種基于柔性與滑動結(jié)合的觸覺再現(xiàn)手型槽裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實施方式】及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種基于柔性與滑動結(jié)合的觸覺再現(xiàn)手型槽裝置，其特征在于，包括:柔性傳感點，紋理滑動裝置，觸覺控制中心機(jī)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(jī)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。
2.如權(quán)利要求1所述的基于柔性與滑動結(jié)合的觸覺再現(xiàn)手型槽裝置，其特征在于，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。
3.如權(quán)利要求1所述的基于柔性與滑動結(jié)合的觸覺再現(xiàn)手型槽裝置，其特征在于，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。
4.如權(quán)利要求1所述的基于柔性與滑動結(jié)合的觸覺再現(xiàn)手型槽裝置，其特征在于，所述觸覺控制中心機(jī)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。
【文檔編號】G06F3/01GK103488298SQ201310461959
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】翟振明, 羅家裕, 潘一華, 羅笑南, 陳湘萍 申請人:中山大學(xué)