面向纹理感知的可穿戴力触觉再现装置研究

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纹理是反映物体表面状态的重要信息,通过触觉可以感知和操控物体,在人机交互领域,触觉交互可以使操作者被动或者主动地感受到物体的外形、粗糙度等纹理信息,研究纹理的力触觉再现可以弥补在交互过程中触觉信息的缺失。纹理触觉传感器采集纹理表面信号,所采信号用于对物体表面信号的力触觉再现。纹理力触觉再现技术可以将物体表面纹理通过触觉方式再现在远端,在遥操作机器人、多模态感知技术、虚拟现实领域都有宽广的前景。本文针对国内纹理感知和可穿戴式力触觉再现装置的研究不足,对于纹理检测技术、纹理再现技术进行了深入研究,提出了一套模拟人手感知过程的纹理感知和可穿戴式力触觉再现方案,通过模拟人类主动感知纹理的过程进行纹理信号采集识别,并设计了可穿戴式力触觉再现装置对采集到的纹理进行力触觉再现。本文的主要工作如下:(1)设计了模拟人手感知的基于PVDF的纹理采集装置,可以采集柔性物体表面纹理信息,并设计了一套对于纹理数据的软件处理方案,并采用神经网络对采集的纹理进行分类,采集6种纹理信息进行分类实验,识别率可达98.8%。(2)提出了一种基于采集纹理统计特性的力触觉再现算法,可以利用本文采集的纹理数据再现纹理高度,适合布料等纹理分布均匀且栅格较小的纹理表面。(3)设计了一套可穿戴式力触觉再现装置,外骨骼式的结构使其可以对手指进行抓握动作的力触觉反馈,采用直流电机和线性马达表达力感和纹理触感,基于Unity3D引擎设计了虚拟交互场景,采用Leap Motion对手的位姿进行捕捉和实时跟踪,整个装置小型化、易携带,可以实现高效实时的手部力触觉再现。
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