一种力触觉再现中的纹理力测量方法

文档序号:6176510阅读:435来源:国知局
一种力触觉再现中的纹理力测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种力触觉再现中的纹理力测量方法,考虑了客观纹理表面因素和人手探索过程中的移动速度与主动按压力,将纹理力分解为垂直方向作用力及水平方向作用力。其中,垂直方向作用力分为客观因素作用力及主观因素作用力,客观因素作用力由实测的纹理表面微观轮廓高度以及表面刚度特性决定。鉴于接触过程中的法向加速度的变化能反映人手移动过程中速度和压力的变化情况,主观因素作用力是法向加速度的函数,仿真时的法向加速度是实测加速度在不同压力和速度下的线性插值函数。水平方向纹理力可为探针划过纹理表面的摩擦阻力,由垂直方向按压力与纹理材料动摩擦系数决定。
【专利说明】一种力触觉再现中的纹理力测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纹理力触觉再现领域,涉及一种纹理的力触觉表达方法。
【背景技术】
[0002]目前,纹理力触觉表达技术主要是根据纹理表面的轮廓特征建立与纹理表面相接触时的力触感模型并通过力触觉再现装置将力触感再现出来。基于力触觉反馈装置的纹理表达的建模方法主要分为三类:基于几何约束和物理模型建立纹理的力触觉表达模型;从图像中提取纹理表面的轮廓特征建立力触觉表达模型;实际测量真实纹理的轮廓或振动信息,通过虚拟现实技术再现纹理信息。
[0003]基于实际测量模型的纹理力表达技术的测量仪器分为两种:一种是非接触式的,如三维光学表面轮廓仪,通过光学特性获得表面三维高度信息。这种方法对被测表面的清洁度以及平整度要求较高。另一种是接触式的,一般是通过探针轻敲或按压的方式扫描纹理表面,并用传感器记录交互中的状态信息。这种方法的主要问题在于“测不准”,系统中加入传感器会改变原有的连接 状态和动态特性,导致测量结果和原始情况之间的偏差。
[0004]对于基于探针扫描纹理表面接触式的测量,国内技术一般通过力传感器获得探针扫描纹理表面的压力值,将压力值经过简单处理直接作为力反馈装置输出力表示为纹理微观轮廓高度,国外研究中在国内的基础上同时测量探针扫描纹理表面的加速度信号,经变换输出提高纹理触感的真实度。
[0005]目前,基于探针测量纹理表面信息并应用于力触觉再现的有=Hari等提出用SensAblePHANTOM在一个真实纹理表面上横向拖动,同时估计垂直于表面方向的位移扰动,并在此基础上建立了一个纹理力模型JochenLang等提出了使用WHaT无线触觉传感器来测量手持探针轻敲触觉纹理时的力和加速度,并用这些测量结果计算纹理的粗糙度和刚度;0kamura等提出用衰减正弦信号描述探针在纹理表面滑动时的加速度轮廓;Guruswamy等提出使用IIR滤波器产生的加速度分布值乘以缩放系数作为纹理力;XianmingYe等提出用两个应变计和一个力传感器测量三维力信号,利用法向力和切向力得到纹理的摩擦力,并用压电薄膜来测量接触探针时轴向接触应力的动态读出并用于纹理的力触觉再现;Joseph等提出对采集到的加速度信号进行LPC滤波,并将预测的加速度信号由计算机声卡输出,通过电流放大器驱动纹理检测装置上的音圈电动机实现虚拟纹理力触觉再现。

【发明内容】

[0006]技术问题:本发明提出了一种利用加速度信号进行纹理力建模并考虑人的主观作用对纹理触觉再现影响的力触觉再现中的纹理力测量方法。
[0007]技术方案:本发明的力触觉再现中的纹理力测量方法,包括以下步骤:
[0008]在虚拟纹理力模型中,利用力触觉再现设备的操作柄控制模型中的虚拟探针在虚拟物体表面划过,同时检测虚拟探针与虚拟物体是否发生接触,以及是否有相对运动,若虚拟探针与虚拟物体发生接触或者无相对运动,则虚拟纹理力瓦?输出为0,反之,则按照下式计算虚拟纹理力Pmn并输出:
[0009]
【权利要求】
1.一种力触觉再现中的纹理力测量方法,其特征在于,该方法包括以下步骤: 在虚拟纹理力模型中,利用力触觉再现设备的操作柄控制模型中的虚拟探针在虚拟物体表面划过,同时检测虚拟探针与虚拟物体是否发生接触,以及是否有相对运动,若虚拟探针与虚拟物体发生接触或者无相对运动,则虚拟纹理力?输出为O,反之,则按照下式计算虚拟纹理力友_并输出:
【文档编号】G01L1/00GK103439030SQ201310424215
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月17日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】吴涓, 李明, 王路, 刘威, 宋爱国 申请人:东南大学
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