移动目标的多触觉导航系统设计

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在导盲、飞行驾驶、消防救灾、战场等领域,人的视觉和听觉通道处于满负荷或者受损状态,操作者可能难以通过视觉或听觉来获取导航信息。触觉是除视觉和听觉之外人类最重要的感知外界信息的通道。因此在上述领域利用触觉表达导航信息显得尤为重要。为了解决目前单一触觉刺激容易造成感知模糊和表达信息量受限的问题,本文结合移动目标的导航信息的特点,拟对移动目标的多触觉导航系统进行研究。  首先,本文介绍了国内外现有的触觉表达技术在导航方面的应用,研究了人体触觉感知机理和触觉编码方法,针对移动目标的导航信息的特点,提出了一种基于振动觉和温度觉的多触觉编码方法,在此基础上设计了移动目标的多触觉导航系统方案。本文多触觉导航系统针对移动目标的导航信息的多触觉表达应用,它包括多触觉表达装置、触觉训练软件和导航环境。多触觉表达装置可穿戴于用户的腰部、手臂和大腿等部位,用户利用触觉训练软件熟悉多触觉编码,而后利用导航环境进行有效性验证。  其次,本文完成了系统的软硬件设计。多触觉表达装置以Cortex-M3处理器作为控制核心,利用NRF24L01无线模块获取虚拟环境或触觉训练软什生成的移动目标的导航信息,利用JN5139无线模块获取实际环境中移动目标的导航信息,并采用LSM303DLH电子罗盘获取人体朝向信息,多触觉表达装置通过解码导航信息,进而驱动半导体制冷器和振动电机阵列产生温度觉和振动觉刺激,让用户通过多触觉刺激感知移动目标的导航信息。设计了基于MFC的触觉训练软件和导航环境—基于OpenGL的虚拟环境。触觉训练软件的操作简单,用于触觉感知训练及触觉编码效果的评估;虚拟环境的界面友好,实现了自然场景渲染、人机交互、三维建模、路径控制及导航信息生成与发送等功能。  最后,本文基于系统进行了人量触觉实验,包括触觉器件的性能测试实验、触觉感知实验、触觉训练实验、基于虚拟环境和实际环境的触觉导航实验。实验结果表明移动目标的多触觉导航系统的导航信息的识别正确率达到了88.8%,导航跟踪的正确率为100%,验证了移动日标的多触觉导航系统的有效性。
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