隨著可穿戴技術(shù)的不斷發(fā)展和對觸覺感知機(jī)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(yàn);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(jí)階段,一方面是因?yàn)槿梭w觸覺感知十分復(fù)雜,對觸覺的研究需要多學(xué)科同時(shí)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(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì),存在尺寸大、穿戴不方便等缺點(diǎn),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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。為了解決以上問題,本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套力觸覺背心原型。本文首先論述了觸覺感知機(jī)理,對觸覺背心進(jìn)行了需求分析,討論了觸覺背心整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),并對涉及到的主要器件進(jìn)行比較和選型工作。隨后,進(jìn)行了相應(yīng)振動(dòng)觸覺實(shí)驗(yàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對振動(dòng)參數(shù)的選擇進(jìn)行了討論,并設(shè)計(jì)了觸覺背心的振動(dòng)陣列和振動(dòng)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(dòng)驅(qū)動(dòng)等模塊的硬件電路設(shè)計(jì)。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(dòng)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(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

振動(dòng)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(shí)現(xiàn)信息的傳遞[5]。如圖1-2為可以傳遞觸覺信息的振動(dòng)觸覺手套。圖1-2振動(dòng)觸覺手套觸覺的再現(xiàn)是一個(gè)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(shí)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(shí)處理也會(huì)影響到戰(zhàn)士的判斷，如果可以通過觸覺的感知強(qiáng)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(huì)產(chǎn)失去了對自身和飛機(jī)的正確感知，特別是飛機(jī)的方向和角度[6]，這種錯(cuò)覺將極大影響飛行員的判斷能力，為飛機(jī)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(shí)實(shí)驗(yàn)室曾研發(fā)了一種振動(dòng)觸覺裝置用于輔助飛行員識(shí)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(jī)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(jī)器人[9]。隨著傳

第一章緒論3各個(gè)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(jī)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(dòng)觸覺背心的研究現(xiàn)狀進(jìn)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(jì)了一種觸覺顯示器，使用10個(gè)探針組成觸覺表達(dá)裝置陣列[10]。1999年，Sandia國際實(shí)驗(yàn)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(dòng)2×3振動(dòng)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(xiàng)工科大學(xué)的UngyeonYang,YongseokJang等人研制了一套基于VR設(shè)備的振動(dòng)觸覺顯示裝置，該裝置將振動(dòng)觸覺表達(dá)裝置分布在人體的各個(gè)部位，指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員做出各種各樣動(dòng)作，達(dá)到完成虛擬運(yùn)動(dòng)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(gè)基于振動(dòng)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(gè)3×3的振動(dòng)電機(jī)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(shí)驗(yàn)研究[13]。圖1-3振動(dòng)觸覺靠椅2004年，美國航空研究實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了一款用于直升機(jī)的飛行員的觸覺背心，通過不同位置和振動(dòng)頻率的振動(dòng)信號(hào)向飛行員提示直升機(jī)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(xiàn)】：
期刊論文
[1]用于表達(dá)飛行姿態(tài)信息的組合式振動(dòng)觸覺編碼[J]. 楊懷寧,吳涓,歐陽強(qiáng)強(qiáng).  傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2018(05)
[2]航天員空間定向訓(xùn)練綜合評(píng)價(jià)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(jì). 2016(24)
[4]基于振動(dòng)觸覺的移動(dòng)機(jī)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(bào)(自然科學(xué)版). 2016(05)
[5]振動(dòng)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(jì)與研究[D]. 劉虎林.南京航空航天大學(xué) 2019



本文編號(hào)：3344487