觸覺(jué)反饋為人機(jī)交互提供了新的交互方式,是現(xiàn)階段人機(jī)交互領(lǐng)域的重要研究方向。觸覺(jué)反饋依據(jù)是否與設(shè)備直接接觸可以分為接觸式觸覺(jué)反饋和非接觸式觸覺(jué)反饋兩種方式。在非接觸式觸覺(jué)反饋的研究中,基于超聲波輻射壓力的空中觸覺(jué)反饋是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)�；诔暡ㄝ椛鋲毫Φ目罩杏|覺(jué)反饋使用戶擺脫了設(shè)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(yīng)用于教育、醫(yī)療、游戲等多個(gè)領(lǐng)域。本文從超聲聚焦原理、軟硬件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)性能測(cè)試等方面對(duì)基于超聲波輻射壓力的空中觸覺(jué)反饋技術(shù)進(jìn)行了研究。開(kāi)發(fā)了基于超聲波輻射壓力的空中觸覺(jué)反饋系統(tǒng),分析了載波占空比、調(diào)制波頻率對(duì)觸覺(jué)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(jué)反饋技術(shù)的研究提供了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和相關(guān)技術(shù)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(jué)反饋原理及多通道超聲波聚焦技術(shù),完成了324通道的超聲波空中觸覺(jué)反饋硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)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(dòng)單元、基于DSP和FPGA雙核結(jié)構(gòu)的多通道聚焦主控單元以及電源等電路。(2)構(gòu)建基于超聲波輻射壓力的觸覺(jué)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(dòng)單元FPGA軟件設(shè)計(jì)。主控單元DSP完成相位計(jì)算、uPP傳輸、上位機(jī)通信等功能,主控單元FPGA負(fù)責(zé)產(chǎn)生同步時(shí)鐘、調(diào)制信號(hào)、串行相位信息的同步傳輸?shù)裙δ?驅(qū)動(dòng)單元FPGA負(fù)責(zé)根據(jù)接收到的控制信號(hào)完成對(duì)于每個(gè)通道的相位的具體控制。結(jié)合硬件系統(tǒng),完成了基于超聲波輻射壓力的觸覺(jué)反饋系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。(3)在完成基于超聲波輻射壓力的觸覺(jué)反饋系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,從功耗、聚焦點(diǎn)大小、系統(tǒng)延時(shí)精度、占空比以及調(diào)制波頻頻率對(duì)觸覺(jué)反饋效果等方面對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行測(cè)試分析。分別驗(yàn)證載波占空比、調(diào)制波頻率對(duì)觸覺(jué)反饋的渲染強(qiáng)度、渲染聚焦點(diǎn)大小的影響,驗(yàn)證了開(kāi)發(fā)基于超聲波輻射壓力的觸覺(jué)反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文的主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新包括:(1)開(kāi)發(fā)了完整的基于超聲波輻射壓力觸覺(jué)反饋系統(tǒng)的原理樣機(jī),為后續(xù)超聲波輻射壓力的空中觸覺(jué)反饋技術(shù)的進(jìn)一步研究提供了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。(2)完成基于DSP和FPGA的超聲波動(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)了三維空間中動(dòng)點(diǎn)、多點(diǎn)超聲波聚焦;設(shè)計(jì)基于FPGA的324個(gè)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(shí)精度達(dá)到0.5微秒,聚焦點(diǎn)分辨率達(dá)到17mm。(3)測(cè)試并分析了載波占空比、調(diào)制波頻率對(duì)超聲觸覺(jué)反饋效果的影響,并進(jìn)行了空中簡(jiǎn)單的圖形觸覺(jué)渲染實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)特征與觸覺(jué)反饋效果的映射關(guān)系,為后續(xù)三維空間內(nèi)的圖形渲染提供參考。本文對(duì)基于超聲波輻射壓力的空中觸覺(jué)反饋技術(shù)從基本理論、硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、渲染實(shí)驗(yàn)幾個(gè)方面進(jìn)行了研究,為基于超聲波輻射壓力的空中觸覺(jué)反饋技術(shù)的深入研究提供了技術(shù)支撐。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP11;TN791
【部分圖文】：

圖 1.1 SemFeel 設(shè)備 圖 1.2 T-Mobile 設(shè)備 圖 1.3 TPaD 設(shè)備基于機(jī)械振動(dòng)的觸覺(jué)反饋，由于其原理上的缺陷，只能實(shí)現(xiàn)裝置的整體振動(dòng)，致了反饋的效果單一，用戶體驗(yàn)真實(shí)感低，僅能滿足簡(jiǎn)單的觸覺(jué)反饋要求[13]。（2）基于空氣壓膜的觸覺(jué)反饋技術(shù)

圖 1.1 SemFeel 設(shè)備 圖 1.2 T-Mobile 設(shè)備 圖 1.3 TPaD 設(shè)備基于機(jī)械振動(dòng)的觸覺(jué)反饋，由于其原理上的缺陷，只能實(shí)現(xiàn)裝置的整體振動(dòng)，致了反饋的效果單一，用戶體驗(yàn)真實(shí)感低，僅能滿足簡(jiǎn)單的觸覺(jué)反饋要求[13]。（2）基于空氣壓膜的觸覺(jué)反饋技術(shù)

圖 1.1 SemFeel 設(shè)備 圖 1.2 T-Mobile 設(shè)備 圖 1.3 TPaD 設(shè)備基于機(jī)械振動(dòng)的觸覺(jué)反饋，由于其原理上的缺陷，只能實(shí)現(xiàn)裝置的整體振動(dòng)，致了反饋的效果單一，用戶體驗(yàn)真實(shí)感低，僅能滿足簡(jiǎn)單的觸覺(jué)反饋要求[13]。（2）基于空氣壓膜的觸覺(jué)反饋技術(shù)
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 孫曉云;張?zhí)m平;劉宏燕;郭俊峰;賈欣欣;;在相轉(zhuǎn)移催化劑存在下超聲波輻射對(duì)威廉姆遜反應(yīng)影響的研究[J];河北師范大學(xué)學(xué)報(bào);1988年03期

2 萬(wàn)子露;黃林偉;賀吉;郭景成;李波;陳連清;;超聲波輻射法仿生催化合成取代二苯乙醇酮[J];天津化工;2016年02期

3 宋萍;;超聲波輻射條件下偕二胺衍生物的構(gòu)建合成[J];蘇州科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年02期

4 曾曉嵐;龍騰銳;丁文川;許龍;鄒璐;;低能量超聲波輻射提高好氧污泥活性研究[J];中國(guó)給水排水;2006年05期

5 林友文,許晨,盧燦輝;超聲波輻射制備羧甲基殼聚糖[J];離子交換與吸附;2000年01期

6 李記太,馮建英,李同雙,孟令揮;超聲波輻射下3-芳基丙烯酸的合成[J];廈門(mén)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1999年S1期

7 王存德,王立中,符華;超聲波輻射合成芳腈的研究[J];精細(xì)石油化工;1996年02期

8 孫曉云;張?zhí)m平;賈欣欣;郭俊峰;;超聲波輻射時(shí)間對(duì)固液相親核取代反應(yīng)的影響[J];河北師范大學(xué)學(xué)報(bào);1991年02期

9 徐其亨;潘杰;;超聲波在有機(jī)合成中的應(yīng)用[J];云南化工;1993年02期

10 林家遜;李芳耀;黃鳳香;勞世鑫;;超聲波輻射合成7-(3-溴丙氧基)異黃酮[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2010年22期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 楊鵬;基于超聲波輻射壓力的空中觸覺(jué)反饋技術(shù)[D];吉林大學(xué);2019年

2 李建聰;超聲波在彩虹鯛養(yǎng)殖及繁育過(guò)程中的應(yīng)用[D];福州大學(xué);2015年

3 劉卉閔;微波或超聲波輻射下縮合和酯化反應(yīng)的研究[D];河北大學(xué);2003年

4 賈兆祥;超聲波輻射下合成新型吡唑類衍生物[D];新疆大學(xué);2006年

5 臧洪俊;超聲波輻射下，Knoevenagel反應(yīng)和片吶醇合成反應(yīng)的研究[D];河北大學(xué);2001年

6 崔玲;超聲波與助劑強(qiáng)化玉米秸稈預(yù)處理與酶水解的研究[D];南京林業(yè)大學(xué);2007年

7 沈政贏;低強(qiáng)度超聲波輻射強(qiáng)化偶氮染料酸性橙7（AO7）的生物降解研究[D];廈門(mén)大學(xué);2005年

8 許龍;超聲波輻射促進(jìn)污泥需氧消化工藝研究[D];重慶大學(xué);2004年

9 沈志良;超聲波輻射、離子液體以及無(wú)溶劑合成技術(shù)在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用研究[D];蘇州大學(xué);2005年

10 許多豐;從氧化鋅礦中制備納米氧化鋅新工藝研究[D];昆明理工大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2836897