基于雙向摩擦力控制的觸覺(jué)再現(xiàn)系統(tǒng).pdf

1、觸覺(jué)再現(xiàn)能夠表達(dá)虛擬物體的表面特征，提高虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的真實(shí)感，因而成為人機(jī)交互領(lǐng)域內(nèi)的研究重點(diǎn)。在現(xiàn)有的觸覺(jué)再現(xiàn)方法中，基于摩擦力控制的觸覺(jué)再現(xiàn)方法可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)、精準(zhǔn)的摩擦力控制，因而成為更有前途的方法?？紤]到空氣壓膜效應(yīng)可以減小操作者手指和接觸面板之間的摩擦力，電致振動(dòng)效應(yīng)可以通過(guò)靜電吸引力增大手指和接觸面板之間的摩擦力，電磁力可以產(chǎn)生排斥力和吸引力。本文通過(guò)將空氣壓膜效應(yīng)、電致振動(dòng)效應(yīng)以及電磁力控制相融合，開展了摩擦力系數(shù)控制范圍更

2、為寬泛的、基于雙向摩擦力控制的觸覺(jué)再現(xiàn)方法研究。
　　本文首先闡述了空氣壓膜效應(yīng)、電致振動(dòng)效應(yīng)以及電磁力控制的基本原理，利用有限元分析軟件研究了空氣壓膜效應(yīng)中面板尺寸與面板振動(dòng)幅度的關(guān)系；研究電致振動(dòng)效應(yīng)中電極陣列電壓幅值和絕緣層厚度對(duì)靜電吸引力的影響；分析了電磁力對(duì)觸覺(jué)再現(xiàn)系統(tǒng)的影響。為基于雙向摩擦力控制的觸覺(jué)再現(xiàn)系統(tǒng)奠定了理論基礎(chǔ)。
　　本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于雙向摩擦力控制的觸覺(jué)再現(xiàn)系統(tǒng)方案。系統(tǒng)硬件部分主要由觸覺(jué)再現(xiàn)面板模

3、塊、基于ARM Coretex-M4處理器TM4C1294的中央控制系統(tǒng)模塊、壓電陶瓷激勵(lì)信號(hào)生成模塊、電極陣列激勵(lì)信號(hào)生成模塊、電磁鐵激勵(lì)信號(hào)生成模塊、基于線性傳感器陣列TSL1410R的手指位置檢測(cè)模塊以及電源模塊等部分組成。其中，壓電陶瓷激勵(lì)信號(hào)生成模塊用于產(chǎn)生系統(tǒng)所需的空氣壓膜效應(yīng)；電極陣列激勵(lì)信號(hào)生成模塊用于產(chǎn)生電致振動(dòng)效應(yīng)；電磁鐵激勵(lì)信號(hào)生成模塊用于產(chǎn)生電磁力控制信號(hào)。本文給出了基于TM4C1294處理器的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和

4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)工作。
　　為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的觸覺(jué)再現(xiàn)方法，本文基于雙向摩擦力控制的觸覺(jué)再現(xiàn)系統(tǒng)原型，開展了一系列驗(yàn)證試驗(yàn)，包括閾值實(shí)驗(yàn)和認(rèn)知實(shí)驗(yàn)。其中，閾值實(shí)驗(yàn)包括觸覺(jué)再現(xiàn)面板共振頻率研究實(shí)驗(yàn)、基于雙向摩擦力控制的摩擦力系數(shù)感知閾值實(shí)驗(yàn)、基于雙向摩擦力控制的電極陣列激勵(lì)信號(hào)電壓頻率感知閾值實(shí)驗(yàn)、基于雙向摩擦力控制的摩擦力系數(shù)區(qū)分閾值實(shí)驗(yàn)、電極陣列二維空間感知閾值實(shí)驗(yàn)。認(rèn)知實(shí)驗(yàn)包括簡(jiǎn)單圖形認(rèn)知實(shí)驗(yàn)和復(fù)雜圖形認(rèn)知實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文