基于微型馬達(dá)的觸覺背心研制
發(fā)布時間:2021-08-15 11:42
隨著可穿戴技術(shù)的不斷發(fā)展和對觸覺感知機理的深入研究,觸覺作為人體主要感官之一,也越來越受到重視。對于以盲人為代表的特殊人群而言,觸覺是他們主要的信息來源之一;對于游戲、電影等娛樂產(chǎn)業(yè),觸覺可以帶來前所未有的體驗;對于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,觸覺可以輔助人更好的完成手術(shù)。目前,觸覺的相關(guān)研究仍然處于初級階段,一方面是因為人體觸覺感知十分復(fù)雜,對觸覺的研究需要多學(xué)科同時展開探索,觸覺相關(guān)技術(shù)也不夠成熟。另一方面在于現(xiàn)有的觸覺裝置大多針對具體實驗而設(shè)計,存在尺寸大、穿戴不方便等缺點,研究結(jié)果也主要依靠人的主觀感知,至今仍沒有統(tǒng)一的觸覺評價標(biāo)準(zhǔn)。為了解決以上問題,本文設(shè)計并實現(xiàn)了一套力觸覺背心原型。本文首先論述了觸覺感知機理,對觸覺背心進行了需求分析,討論了觸覺背心整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計,并對涉及到的主要器件進行比較和選型工作。隨后,進行了相應(yīng)振動觸覺實驗,根據(jù)實驗結(jié)果,對振動參數(shù)的選擇進行了討論,并設(shè)計了觸覺背心的振動陣列和振動取模的工作模式。之后完成了觸覺背心的無線通信、電源管理、振動驅(qū)動等模塊的硬件電路設(shè)計。采用FPC柔性板的方式,使觸覺背心的穿戴更加舒適。接著以觸覺裝置的硬件電路為基礎(chǔ),解決了微控制器驅(qū)動設(shè)...
【文章來源】:電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:79 頁
【學(xué)位級別】:碩士
【部分圖文】:
振動背心在VR中的應(yīng)用
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2要借助一些特殊裝置來實現(xiàn)信息的傳遞[5]。如圖1-2為可以傳遞觸覺信息的振動觸覺手套。圖1-2振動觸覺手套觸覺的再現(xiàn)是一個力反饋的過程,通過觸覺表達(dá)裝置向使用者輸出作用力,用戶則通過觸覺感知獲得相應(yīng)的信息。力反饋裝置可以輔助用戶感知周圍的環(huán)境,并作出正確的判斷。例如,在火災(zāi)現(xiàn)場,消防員常常遇到濃煙和大火,遮擋了視線,聽覺也受到了極大的影響,在這種情況下,消防員的安全問題受到了極大的挑戰(zhàn),如何快速到達(dá)救援房間,或者安全地撤離都是需要考慮的問題。如果有來自觸覺方向提示,將大大提高任務(wù)的成功率。對于被困人員來說,如果在災(zāi)害發(fā)生的第一時間,通過觸覺背心,引導(dǎo)其按照安全路線撤離,也能提高生存率。在軍事領(lǐng)域,戰(zhàn)士們更容易遇到極端環(huán)境;靵y的環(huán)境和嘈雜的噪音常常影響到戰(zhàn)士正常接收信息,在視覺、聽覺都受到極大干擾的情況下,觸覺的重要性尤為突出。戰(zhàn)場復(fù)雜的環(huán)境以及突發(fā)的情況較多,大量信息需要同時處理也會影響到戰(zhàn)士的判斷,如果可以通過觸覺的感知強調(diào)當(dāng)下最重要的信息,可以提高戰(zhàn)士的臨場判斷的正確性。比如飛行員在空中飛行的過程中,有可能會產(chǎn)失去了對自身和飛機的正確感知,特別是飛機的方向和角度[6],這種錯覺將極大影響飛行員的判斷能力,為飛機以及飛行員自身的安全將埋下巨大的隱患。為解決此問題,瑞士的洛桑理工大學(xué)虛擬現(xiàn)實實驗室曾研發(fā)了一種振動觸覺裝置用于輔助飛行員識別空間定位[7]。另外,觸覺還具有感知不同信息的能力,除了機械刺激,人體皮膚的觸覺器官還能感知溫度、濕度和粗糙度的變化[8]。韓國的首爾國立大學(xué)的研究人員通過基于高分辨率,可拉伸性的觸覺傳感器研發(fā)了一款新型電子皮膚,廣泛應(yīng)用于人體假肢和機器人[9]。隨著傳
第一章緒論3各個領(lǐng)域都具有巨大的潛在應(yīng)用。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著越來越多的場景需要利用觸覺來傳遞、表達(dá)信息,以及特殊群體對觸覺感知的需求,人們也開始把觸覺作為接收和傳遞信息的研究對象,現(xiàn)如今已經(jīng)有許多研究機構(gòu)開始著手研究人體觸覺感知的特性,并且開發(fā)了許多觸覺顯示裝置,結(jié)合本文的研究內(nèi)容,本小節(jié)將對振動觸覺背心的研究現(xiàn)狀進行詳細(xì)介紹。1.2.1觸覺表達(dá)裝置的發(fā)展和研究現(xiàn)狀1997年,哈佛大學(xué)的PSWellman和WJPeine等研究人員設(shè)計了一種觸覺顯示器,使用10個探針組成觸覺表達(dá)裝置陣列[10]。1999年,Sandia國際實驗室的TAnderson,ABreckenridge等研究人員研制了一款用于用戶手指的觸覺表達(dá)裝置,通過驅(qū)動2×3振動陣列中的探針產(chǎn)生微小的位移使人的手指受到觸覺刺激[11]。2002年,韓國浦項工科大學(xué)的UngyeonYang,YongseokJang等人研制了一套基于VR設(shè)備的振動觸覺顯示裝置,該裝置將振動觸覺表達(dá)裝置分布在人體的各個部位,指導(dǎo)運動員做出各種各樣動作,達(dá)到完成虛擬運動訓(xùn)練的目的[12]。2003年,美國普渡大學(xué)的HongZTan等研究人員研制了一個基于振動觸覺刺激陣列的椅子,如圖1-3所示。在椅子和人體背部接觸的位置安裝了一個3×3的振動電機陣列,并且利用來自背部的觸覺刺激完成了對使用者定向提示的實驗研究[13]。圖1-3振動觸覺靠椅2004年,美國航空研究實驗室研發(fā)了一款用于直升機的飛行員的觸覺背心,通過不同位置和振動頻率的振動信號向飛行員提示直升機的高度、漂移等飛行信息[14][15]。同年,日本的HKajimoto,NKawakami等學(xué)者研制了一種電子皮膚,并將其
【參考文獻】:
期刊論文
[1]用于表達(dá)飛行姿態(tài)信息的組合式振動觸覺編碼[J]. 楊懷寧,吳涓,歐陽強強. 傳感技術(shù)學(xué)報. 2018(05)
[2]航天員空間定向訓(xùn)練綜合評價方法研究[J]. 劉相,劉玉慶,朱秀慶,康金蘭. 載人航天. 2017(01)
[3]智能織物與服裝:人類的“第二層肌膚”[J]. 陳東義. 設(shè)計. 2016(24)
[4]基于振動觸覺的移動機器人為人導(dǎo)航系統(tǒng)[J]. 劉杰,宋光明,彭璜,張穎,楊茜,宋愛國. 東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2016(05)
[5]振動觸覺的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用[J]. 雷呈祥,丁江舟,司高潮,曹文. 海軍醫(yī)學(xué)雜志. 2010(04)
[6]李偉洪慨談中國導(dǎo)盲犬的發(fā)展[J]. 周肖鵬. 中國工作犬業(yè). 2007(04)
碩士論文
[1]多功能仿人手指觸覺傳感器系統(tǒng)設(shè)計與研究[D]. 劉虎林.南京航空航天大學(xué) 2019
本文編號:3344487
【文章來源】:電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:79 頁
【學(xué)位級別】:碩士
【部分圖文】:
振動背心在VR中的應(yīng)用
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2要借助一些特殊裝置來實現(xiàn)信息的傳遞[5]。如圖1-2為可以傳遞觸覺信息的振動觸覺手套。圖1-2振動觸覺手套觸覺的再現(xiàn)是一個力反饋的過程,通過觸覺表達(dá)裝置向使用者輸出作用力,用戶則通過觸覺感知獲得相應(yīng)的信息。力反饋裝置可以輔助用戶感知周圍的環(huán)境,并作出正確的判斷。例如,在火災(zāi)現(xiàn)場,消防員常常遇到濃煙和大火,遮擋了視線,聽覺也受到了極大的影響,在這種情況下,消防員的安全問題受到了極大的挑戰(zhàn),如何快速到達(dá)救援房間,或者安全地撤離都是需要考慮的問題。如果有來自觸覺方向提示,將大大提高任務(wù)的成功率。對于被困人員來說,如果在災(zāi)害發(fā)生的第一時間,通過觸覺背心,引導(dǎo)其按照安全路線撤離,也能提高生存率。在軍事領(lǐng)域,戰(zhàn)士們更容易遇到極端環(huán)境;靵y的環(huán)境和嘈雜的噪音常常影響到戰(zhàn)士正常接收信息,在視覺、聽覺都受到極大干擾的情況下,觸覺的重要性尤為突出。戰(zhàn)場復(fù)雜的環(huán)境以及突發(fā)的情況較多,大量信息需要同時處理也會影響到戰(zhàn)士的判斷,如果可以通過觸覺的感知強調(diào)當(dāng)下最重要的信息,可以提高戰(zhàn)士的臨場判斷的正確性。比如飛行員在空中飛行的過程中,有可能會產(chǎn)失去了對自身和飛機的正確感知,特別是飛機的方向和角度[6],這種錯覺將極大影響飛行員的判斷能力,為飛機以及飛行員自身的安全將埋下巨大的隱患。為解決此問題,瑞士的洛桑理工大學(xué)虛擬現(xiàn)實實驗室曾研發(fā)了一種振動觸覺裝置用于輔助飛行員識別空間定位[7]。另外,觸覺還具有感知不同信息的能力,除了機械刺激,人體皮膚的觸覺器官還能感知溫度、濕度和粗糙度的變化[8]。韓國的首爾國立大學(xué)的研究人員通過基于高分辨率,可拉伸性的觸覺傳感器研發(fā)了一款新型電子皮膚,廣泛應(yīng)用于人體假肢和機器人[9]。隨著傳
第一章緒論3各個領(lǐng)域都具有巨大的潛在應(yīng)用。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著越來越多的場景需要利用觸覺來傳遞、表達(dá)信息,以及特殊群體對觸覺感知的需求,人們也開始把觸覺作為接收和傳遞信息的研究對象,現(xiàn)如今已經(jīng)有許多研究機構(gòu)開始著手研究人體觸覺感知的特性,并且開發(fā)了許多觸覺顯示裝置,結(jié)合本文的研究內(nèi)容,本小節(jié)將對振動觸覺背心的研究現(xiàn)狀進行詳細(xì)介紹。1.2.1觸覺表達(dá)裝置的發(fā)展和研究現(xiàn)狀1997年,哈佛大學(xué)的PSWellman和WJPeine等研究人員設(shè)計了一種觸覺顯示器,使用10個探針組成觸覺表達(dá)裝置陣列[10]。1999年,Sandia國際實驗室的TAnderson,ABreckenridge等研究人員研制了一款用于用戶手指的觸覺表達(dá)裝置,通過驅(qū)動2×3振動陣列中的探針產(chǎn)生微小的位移使人的手指受到觸覺刺激[11]。2002年,韓國浦項工科大學(xué)的UngyeonYang,YongseokJang等人研制了一套基于VR設(shè)備的振動觸覺顯示裝置,該裝置將振動觸覺表達(dá)裝置分布在人體的各個部位,指導(dǎo)運動員做出各種各樣動作,達(dá)到完成虛擬運動訓(xùn)練的目的[12]。2003年,美國普渡大學(xué)的HongZTan等研究人員研制了一個基于振動觸覺刺激陣列的椅子,如圖1-3所示。在椅子和人體背部接觸的位置安裝了一個3×3的振動電機陣列,并且利用來自背部的觸覺刺激完成了對使用者定向提示的實驗研究[13]。圖1-3振動觸覺靠椅2004年,美國航空研究實驗室研發(fā)了一款用于直升機的飛行員的觸覺背心,通過不同位置和振動頻率的振動信號向飛行員提示直升機的高度、漂移等飛行信息[14][15]。同年,日本的HKajimoto,NKawakami等學(xué)者研制了一種電子皮膚,并將其
【參考文獻】:
期刊論文
[1]用于表達(dá)飛行姿態(tài)信息的組合式振動觸覺編碼[J]. 楊懷寧,吳涓,歐陽強強. 傳感技術(shù)學(xué)報. 2018(05)
[2]航天員空間定向訓(xùn)練綜合評價方法研究[J]. 劉相,劉玉慶,朱秀慶,康金蘭. 載人航天. 2017(01)
[3]智能織物與服裝:人類的“第二層肌膚”[J]. 陳東義. 設(shè)計. 2016(24)
[4]基于振動觸覺的移動機器人為人導(dǎo)航系統(tǒng)[J]. 劉杰,宋光明,彭璜,張穎,楊茜,宋愛國. 東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2016(05)
[5]振動觸覺的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用[J]. 雷呈祥,丁江舟,司高潮,曹文. 海軍醫(yī)學(xué)雜志. 2010(04)
[6]李偉洪慨談中國導(dǎo)盲犬的發(fā)展[J]. 周肖鵬. 中國工作犬業(yè). 2007(04)
碩士論文
[1]多功能仿人手指觸覺傳感器系統(tǒng)設(shè)計與研究[D]. 劉虎林.南京航空航天大學(xué) 2019
本文編號:3344487
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