一種力觸覺再現(xiàn)中的紋理力測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種力觸覺再現(xiàn)中的紋理力測(cè)量方法，考慮了客觀紋理表面因素和人手探索過(guò)程中的移動(dòng)速度與主動(dòng)按壓力，將紋理力分解為垂直方向作用力及水平方向作用力。其中，垂直方向作用力分為客觀因素作用力及主觀因素作用力，客觀因素作用力由實(shí)測(cè)的紋理表面微觀輪廓高度以及表面剛度特性決定。鑒于接觸過(guò)程中的法向加速度的變化能反映人手移動(dòng)過(guò)程中速度和壓力的變化情況，主觀因素作用力是法向加速度的函數(shù)，仿真時(shí)的法向加速度是實(shí)測(cè)加速度在不同壓力和速度下的線性插值函數(shù)。水平方向紋理力可為探針劃過(guò)紋理表面的摩擦阻力，由垂直方向按壓力與紋理材料動(dòng)摩擦系數(shù)決定。
【專利說(shuō)明】一種力觸覺再現(xiàn)中的紋理力測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于紋理力觸覺再現(xiàn)領(lǐng)域，涉及一種紋理的力觸覺表達(dá)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，紋理力觸覺表達(dá)技術(shù)主要是根據(jù)紋理表面的輪廓特征建立與紋理表面相接觸時(shí)的力觸感模型并通過(guò)力觸覺再現(xiàn)裝置將力觸感再現(xiàn)出來(lái)。基于力觸覺反饋裝置的紋理表達(dá)的建模方法主要分為三類:基于幾何約束和物理模型建立紋理的力觸覺表達(dá)模型；從圖像中提取紋理表面的輪廓特征建立力觸覺表達(dá)模型；實(shí)際測(cè)量真實(shí)紋理的輪廓或振動(dòng)信息，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)再現(xiàn)紋理信息。
[0003]基于實(shí)際測(cè)量模型的紋理力表達(dá)技術(shù)的測(cè)量?jī)x器分為兩種:一種是非接觸式的，如三維光學(xué)表面輪廓儀，通過(guò)光學(xué)特性獲得表面三維高度信息。這種方法對(duì)被測(cè)表面的清潔度以及平整度要求較高。另一種是接觸式的，一般是通過(guò)探針輕敲或按壓的方式掃描紋理表面，并用傳感器記錄交互中的狀態(tài)信息。這種方法的主要問題在于“測(cè)不準(zhǔn)”，系統(tǒng)中加入傳感器會(huì)改變?cè)械倪B接 狀態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果和原始情況之間的偏差。
[0004]對(duì)于基于探針掃描紋理表面接觸式的測(cè)量，國(guó)內(nèi)技術(shù)一般通過(guò)力傳感器獲得探針掃描紋理表面的壓力值，將壓力值經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理直接作為力反饋裝置輸出力表示為紋理微觀輪廓高度，國(guó)外研究中在國(guó)內(nèi)的基礎(chǔ)上同時(shí)測(cè)量探針掃描紋理表面的加速度信號(hào)，經(jīng)變換輸出提高紋理觸感的真實(shí)度。
[0005]目前，基于探針測(cè)量紋理表面信息并應(yīng)用于力觸覺再現(xiàn)的有=Hari等提出用SensAblePHANTOM在一個(gè)真實(shí)紋理表面上橫向拖動(dòng)，同時(shí)估計(jì)垂直于表面方向的位移擾動(dòng)，并在此基礎(chǔ)上建立了一個(gè)紋理力模型JochenLang等提出了使用WHaT無(wú)線觸覺傳感器來(lái)測(cè)量手持探針輕敲觸覺紋理時(shí)的力和加速度，并用這些測(cè)量結(jié)果計(jì)算紋理的粗糙度和剛度；0kamura等提出用衰減正弦信號(hào)描述探針在紋理表面滑動(dòng)時(shí)的加速度輪廓；Guruswamy等提出使用IIR濾波器產(chǎn)生的加速度分布值乘以縮放系數(shù)作為紋理力；XianmingYe等提出用兩個(gè)應(yīng)變計(jì)和一個(gè)力傳感器測(cè)量三維力信號(hào)，利用法向力和切向力得到紋理的摩擦力，并用壓電薄膜來(lái)測(cè)量接觸探針時(shí)軸向接觸應(yīng)力的動(dòng)態(tài)讀出并用于紋理的力觸覺再現(xiàn)；Joseph等提出對(duì)采集到的加速度信號(hào)進(jìn)行LPC濾波，并將預(yù)測(cè)的加速度信號(hào)由計(jì)算機(jī)聲卡輸出，通過(guò)電流放大器驅(qū)動(dòng)紋理檢測(cè)裝置上的音圈電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)虛擬紋理力觸覺再現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題:本發(fā)明提出了一種利用加速度信號(hào)進(jìn)行紋理力建模并考慮人的主觀作用對(duì)紋理觸覺再現(xiàn)影響的力觸覺再現(xiàn)中的紋理力測(cè)量方法。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明的力觸覺再現(xiàn)中的紋理力測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0008]在虛擬紋理力模型中，利用力觸覺再現(xiàn)設(shè)備的操作柄控制模型中的虛擬探針在虛擬物體表面劃過(guò)，同時(shí)檢測(cè)虛擬探針與虛擬物體是否發(fā)生接觸，以及是否有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，若虛擬探針與虛擬物體發(fā)生接觸或者無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則虛擬紋理力瓦?輸出為0，反之，則按照下式計(jì)算虛擬紋理力Pmn并輸出:
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種力觸覺再現(xiàn)中的紋理力測(cè)量方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 在虛擬紋理力模型中，利用力觸覺再現(xiàn)設(shè)備的操作柄控制模型中的虛擬探針在虛擬物體表面劃過(guò)，同時(shí)檢測(cè)虛擬探針與虛擬物體是否發(fā)生接觸，以及是否有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，若虛擬探針與虛擬物體發(fā)生接觸或者無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則虛擬紋理力?輸出為O，反之，則按照下式計(jì)算虛擬紋理力友_并輸出:
【文檔編號(hào)】G01L1/00GK103439030SQ201310424215
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】吳涓, 李明, 王路, 劉威, 宋愛國(guó) 申請(qǐng)人:東南大學(xué)