觸覺反饋為人機交互提供了新的交互方式,是現(xiàn)階段人機交互領域的重要研究方向。觸覺反饋依據(jù)是否與設備直接接觸可以分為接觸式觸覺反饋和非接觸式觸覺反饋兩種方式。在非接觸式觸覺反饋的研究中,基于超聲波輻射壓力的空中觸覺反饋是國內(nèi)外研究的熱點�；诔暡ㄝ椛鋲毫Φ目罩杏|覺反饋使用戶擺脫了設備的束縛,增加了交互的自然性,提高了交互的舒適度,可以廣泛應用于教育、醫(yī)療、游戲等多個領域。本文從超聲聚焦原理、軟硬件系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)性能測試等方面對基于超聲波輻射壓力的空中觸覺反饋技術進行了研究。開發(fā)了基于超聲波輻射壓力的空中觸覺反饋系統(tǒng),分析了載波占空比、調(diào)制波頻率對觸覺反饋性能的影響,為后續(xù)基于超聲波輻射壓力的空中觸覺反饋技術的研究提供了實驗平臺和相關技術參考。本文的主要工作如下:(1)研究了超聲波輻射壓力的觸覺反饋原理及多通道超聲波聚焦技術,完成了324通道的超聲波空中觸覺反饋硬件系統(tǒng)的設計與開發(fā),主要包括18×18超聲波聚焦陣列、多通道超聲波聚焦驅(qū)動單元、基于DSP和FPGA雙核結構的多通道聚焦主控單元以及電源等電路。(2)構建基于超聲波輻射壓力的觸覺反饋系統(tǒng)的DSP和FPGA雙核軟件系統(tǒng),完成主控單元DSP、主控單元FPGA和驅(qū)動單元FPGA軟件設計。主控單元DSP完成相位計算、uPP傳輸、上位機通信等功能,主控單元FPGA負責產(chǎn)生同步時鐘、調(diào)制信號、串行相位信息的同步傳輸?shù)裙δ?驅(qū)動單元FPGA負責根據(jù)接收到的控制信號完成對于每個通道的相位的具體控制。結合硬件系統(tǒng),完成了基于超聲波輻射壓力的觸覺反饋系統(tǒng)的開發(fā)。(3)在完成基于超聲波輻射壓力的觸覺反饋系統(tǒng)的基礎上,從功耗、聚焦點大小、系統(tǒng)延時精度、占空比以及調(diào)制波頻頻率對觸覺反饋效果等方面對系統(tǒng)性能進行測試分析。分別驗證載波占空比、調(diào)制波頻率對觸覺反饋的渲染強度、渲染聚焦點大小的影響,驗證了開發(fā)基于超聲波輻射壓力的觸覺反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文的主要貢獻和創(chuàng)新包括:(1)開發(fā)了完整的基于超聲波輻射壓力觸覺反饋系統(tǒng)的原理樣機,為后續(xù)超聲波輻射壓力的空中觸覺反饋技術的進一步研究提供了實驗平臺。(2)完成基于DSP和FPGA的超聲波動態(tài)聚焦系統(tǒng)的設計與開發(fā),實現(xiàn)了三維空間中動點、多點超聲波聚焦;設計基于FPGA的324個通道的相位控制算法,能夠?qū)崿F(xiàn)高刷新頻率下的同步相位控制。系統(tǒng)相位延時精度達到0.5微秒,聚焦點分辨率達到17mm。(3)測試并分析了載波占空比、調(diào)制波頻率對超聲觸覺反饋效果的影響,并進行了空中簡單的圖形觸覺渲染實驗,驗證了超聲波驅(qū)動信號特征與觸覺反饋效果的映射關系,為后續(xù)三維空間內(nèi)的圖形渲染提供參考。本文對基于超聲波輻射壓力的空中觸覺反饋技術從基本理論、硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、渲染實驗幾個方面進行了研究,為基于超聲波輻射壓力的空中觸覺反饋技術的深入研究提供了技術支撐。
【學位單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TP11;TN791
【部分圖文】：

圖 1.1 SemFeel 設備 圖 1.2 T-Mobile 設備 圖 1.3 TPaD 設備基于機械振動的觸覺反饋，由于其原理上的缺陷，只能實現(xiàn)裝置的整體振動，致了反饋的效果單一，用戶體驗真實感低，僅能滿足簡單的觸覺反饋要求[13]。（2）基于空氣壓膜的觸覺反饋技術

圖 1.1 SemFeel 設備 圖 1.2 T-Mobile 設備 圖 1.3 TPaD 設備基于機械振動的觸覺反饋，由于其原理上的缺陷，只能實現(xiàn)裝置的整體振動，致了反饋的效果單一，用戶體驗真實感低，僅能滿足簡單的觸覺反饋要求[13]。（2）基于空氣壓膜的觸覺反饋技術

圖 1.1 SemFeel 設備 圖 1.2 T-Mobile 設備 圖 1.3 TPaD 設備基于機械振動的觸覺反饋，由于其原理上的缺陷，只能實現(xiàn)裝置的整體振動，致了反饋的效果單一，用戶體驗真實感低，僅能滿足簡單的觸覺反饋要求[13]。（2）基于空氣壓膜的觸覺反饋技術
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本文編號：2836897