溫度觸覺復現(xiàn)裝置的研制與應用.pdf

1、人類通過視覺、聽覺、味覺、觸覺和嗅覺等來感知世界。觸覺包括力觸覺、紋理觸覺和溫度觸覺等。力觸覺和紋理觸覺在國內(nèi)外被廣泛研究并已設計出許多力觸覺復現(xiàn)裝置。溫度觸覺作為力觸覺和紋理觸覺的一種輔助感覺,早期經(jīng)常與力觸覺、紋理觸覺結(jié)合在一起研究。隨著科技的進步,力觸覺和紋理觸覺復現(xiàn)已不能滿足新時代虛擬現(xiàn)實的要求,為進一步提高虛擬現(xiàn)實場景的真實感與沉浸感,溫度觸覺越來越受到關(guān)注和重視。國外在溫度觸覺的理論和實踐上研究都較早,相繼研制出一些帶有溫度

2、觸覺復現(xiàn)功能的多覺復現(xiàn)裝置,相對而言國內(nèi)在溫度觸覺方面的相關(guān)研究很少。
　　 本文首先對手指接觸不同熱屬性物體時手指表面溫度變化的理論模型進行理論分析,并對半導體制冷器的最大升降溫速率以及各種溫度傳感器的溫度響應速率進行測試。在理論和實踐的基礎上研制了一臺單熱源溫度觸覺復現(xiàn)裝置,該裝置使用ARM核心板作為裝置的核心控制器件,采用分段PID算法對半導體制冷器輸出溫度進行閉環(huán)控制,設計具有高溫度響應速率的紅外溫度傳感電路快速檢測半導

3、體制冷器表面溫度。而后,對該裝置的性能參數(shù)進行測試,并基于所設計的單熱源溫度復現(xiàn)裝置構(gòu)建了溫度觸覺實驗平臺。為研究人的記憶特性對溫度觸覺的影響,設計了不同周期溫度三角波識別實驗。為研究手指是否能通過本裝置來區(qū)分不同熱屬性的物體,設計了熱屬性識別實驗并對實驗結(jié)果進行分析。測試和實驗結(jié)果表明,該溫度復現(xiàn)裝置最大升溫速率優(yōu)于10℃／s,最大降溫速率優(yōu)于-5℃／s。在此最大升降溫速率范圍內(nèi)可在半導體制冷器表面產(chǎn)生任意溫度波形的表面溫度信號。該裝