基于雙向摩擦力控制的觸覺再現(xiàn)系統(tǒng).pdf

1、觸覺再現(xiàn)能夠表達虛擬物體的表面特征，提高虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的真實感，因而成為人機交互領域內的研究重點。在現(xiàn)有的觸覺再現(xiàn)方法中，基于摩擦力控制的觸覺再現(xiàn)方法可以實現(xiàn)連續(xù)、精準的摩擦力控制，因而成為更有前途的方法。考慮到空氣壓膜效應可以減小操作者手指和接觸面板之間的摩擦力，電致振動效應可以通過靜電吸引力增大手指和接觸面板之間的摩擦力，電磁力可以產(chǎn)生排斥力和吸引力。本文通過將空氣壓膜效應、電致振動效應以及電磁力控制相融合，開展了摩擦力系數(shù)控制范圍更

2、為寬泛的、基于雙向摩擦力控制的觸覺再現(xiàn)方法研究。
　　本文首先闡述了空氣壓膜效應、電致振動效應以及電磁力控制的基本原理，利用有限元分析軟件研究了空氣壓膜效應中面板尺寸與面板振動幅度的關系；研究電致振動效應中電極陣列電壓幅值和絕緣層厚度對靜電吸引力的影響；分析了電磁力對觸覺再現(xiàn)系統(tǒng)的影響。為基于雙向摩擦力控制的觸覺再現(xiàn)系統(tǒng)奠定了理論基礎。
　　本文設計實現(xiàn)了基于雙向摩擦力控制的觸覺再現(xiàn)系統(tǒng)方案。系統(tǒng)硬件部分主要由觸覺再現(xiàn)面板模

3、塊、基于ARM Coretex-M4處理器TM4C1294的中央控制系統(tǒng)模塊、壓電陶瓷激勵信號生成模塊、電極陣列激勵信號生成模塊、電磁鐵激勵信號生成模塊、基于線性傳感器陣列TSL1410R的手指位置檢測模塊以及電源模塊等部分組成。其中，壓電陶瓷激勵信號生成模塊用于產(chǎn)生系統(tǒng)所需的空氣壓膜效應；電極陣列激勵信號生成模塊用于產(chǎn)生電致振動效應；電磁鐵激勵信號生成模塊用于產(chǎn)生電磁力控制信號。本文給出了基于TM4C1294處理器的系統(tǒng)硬件設計實現(xiàn)和

4、系統(tǒng)軟件設計工作。
　　為了驗證本文設計的觸覺再現(xiàn)方法，本文基于雙向摩擦力控制的觸覺再現(xiàn)系統(tǒng)原型，開展了一系列驗證試驗，包括閾值實驗和認知實驗。其中，閾值實驗包括觸覺再現(xiàn)面板共振頻率研究實驗、基于雙向摩擦力控制的摩擦力系數(shù)感知閾值實驗、基于雙向摩擦力控制的電極陣列激勵信號電壓頻率感知閾值實驗、基于雙向摩擦力控制的摩擦力系數(shù)區(qū)分閾值實驗、電極陣列二維空間感知閾值實驗。認知實驗包括簡單圖形認知實驗和復雜圖形認知實驗。實驗結果表明，本文