基于电致振动效应的触觉再现系统的研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:honglei413413
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触觉再现主要研究虚拟环境中物体纹理、光滑度等信息的再现,让操作者可以触摸、感知和操作虚拟物体,实现对虚拟环境的主动探索。基于电致振动效应的触觉再现通过静电吸引力增大交互面板上的摩擦力,可以实现相对精细的触觉再现,因而具有广泛的应用前景。本文从理论研究、系统设计实现、实验仿真等方面开展了基于电致振动效应的触觉再现方法的研究。首先本文阐述了电致振动效应的基本原理,研究了电压幅值和绝缘层厚度对人手指与触觉面板间静电力幅值的影响,并分析了该静电力和电压频率的关系。在电致振动效应理论分析的基础上,论文设计实现了基于电致振动效应的触觉再现系统。该系统由ARM11处理器构成的中央控制模块、开关阵列模块、触觉面板模块、液晶显示模块和电源模块等部分组成。论文给出了包括触觉面板制作在内的系统硬件设计实现和Linux环境下基于Qt图形框架下的系统软件设计工作。为了验证本文所研制的触觉再现系统的有效性,本文开展了一系列阈值感知和简单图形认知实验。其中,阈值感知实验包括电压幅值感知阈值实验、电压幅值区分阈值实验、激励电压频率感知范围实验、激励电压频率区分阈值实验、二维空间感知阈值实验等。实验结果表明,人手指的电压幅值平均感知阈值在75.9V左右;人手指的电压幅值区分阈值随着基准电压幅值的增大而减小;人手指可感知的平均频率范围在8.1~891.6Hz之间;激励电压频率区分阈值基本不随基准电压频率的变化而变化;这些实验表明本文所设计的系统能够成功实现触觉再现,并能成功用于基于触觉再现的简单图形认知。本文从多个方面开展了基于电致振动效应的触觉再现系统研究工作,为触觉再现的进一步研究奠定了重要的基础。
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