一种三维触觉系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及人机交互技术领域，具体涉及一种三维触觉系统。
【背景技术】
[0002]现在，虚拟现实技求不断发展，人们可以利用电脑模拟产生一个三维虚拟空间世界，提供人们关于视觉、听觉、触觉等感官的体验，让使用者如同身临其境一般。虚拟现实是多种技术的综和，包括三维计算机图形技术，立体显示技术，触觉/力觉反馈技术，立体声技术，网络传输技术，语音输入输出技术等。
[0003]现在触觉/力觉反馈技术或者系统多是对触觉的的描述，即在人眼前展不同的形状或物体，但是人所处的环境或场景不会改变，无法呈现纷繁的世界，不能带给人类或者其他实体广阔的体验。为了解决这个问题，本发明提供了一种三维触觉系统。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种三维触觉系统，使使用者在一个不存在的场景中能够真真切切的看到，并触摸到场景中的“物体”。
[0005]本发明为解决其技术问题所采用的技术方案如下。
[0006]本发明所提出的一种三维触觉系统，包括CAD系统、三维成像系统、姿态探测系统、多自由度机械臂系统、触觉呈现系统、保护系统，以及总控制系统一三维成像微处理器，所述姿态探测系统、多自由度机械臂系统、触觉呈现系统、保护系统分别与三维成像微处理器之间通过总线接口连接，三维成像系统与三维成像微处理器之间通过射频信号无线连接。
[0007]本发明的特征在于，所述CAD系统用与处理三维虚拟空间的建模、碰撞检验的实现，并将信息传输给三维成像微处理器。
[0008]本发明的特征在于，所述三维成像系统接收来自三维成像微处理器的位置信息和形状信息，并控制触控呈现器的活动杆伸缩，形成一定形状。
[0009]本发明的特征在于，所述三维成像系统包括控制模块和触觉呈现器。
[0010]本发明的特征在于，所述触觉呈现器包括蒙皮3-1、活动杆3-2、引导块3-3，所述括蒙皮3-1为易变性材料；所述活动杆3-2与气缸或者液压缸相连；活动杆3-2顶端与括蒙皮3-1接触，活动杆3-2顶端可形成一定形状的包络面。
[0011]本发明的征在于，所述触觉呈现器的活动杆3-2所连接的气缸或者液压缸的压力受三维成像系统的控制模块控制，并能将压力转换成电信号传输给控制模块。
[0012]本发明的特征在于，所述活动杆3-2顶端为球形。
[0013]本发明的特征在于，所述三维成像系统为头戴式三维成像仪。
[0014]本发明的特征在于，所述多自由度机械臂系统为多自由度机器人，机器人手部安装触觉呈现系统。
[0015]本发明的特征在于，所述姿态探测系统包括摄像机，形状识别传感器，位置传感器，运动传感器，其检测使用者的移动。
[0016]本发明的特征在于，所述触觉呈现器的形状和位置与三维成像系统所在虚拟空间里所成像的形状和位置重合。
[0017]本发明的特征在于，所述触觉呈现器在使用者将要触碰到虚拟空间里的物体的位置展现该位置的形状。
【附图说明】
[0018]图1为本发明【具体实施方式】的功能原理示意图。
[0019]图2为本发明【具体实施方式】的功能模块示意图。
[0020]图3为本发明【具体实施方式】中的触觉呈现器的平面状态。
[0021]图4为本发明【具体实施方式】中的触觉呈现器的曲面状态。
[0022]图5为本发明【具体实施方式】中的活动杆3-2顶端图。
[0023]图中:1使用者；2头戴式三维成像仪；3触觉呈现器；3_1蒙皮；3_2活动杆；3_3引导块；4虚像；5姿态探测系统；6多自由度机器人。
【具体实施方式】
[0024]以下结合附图描述本发明的【具体实施方式】。
[0025]描述本发明的一个实例:如图所示，本发明一种三维触觉系统包括CAD系统、三维成像系统、姿态探测系统、多自由度机械臂系统、触觉呈现系统、保护系统，以及总控制系统一三维成像微处理器等系统。
[0026]三维成像微处理器将CAD系统的三维信息处理后通过射频信号无线传输给三维成像系统，三维成像系统的头戴式三维成像仪在使用者I的视网膜上投出影像。三维头戴式成像仪能够以使用者为参照物呈现三维虚拟影像，比如，在真实的场景中人(使用者)眼前有一张桌子，并且人能用眼睛看到它，用手触碰它，对桌子有一定的距离感，这个距离感是真实环境中所实实在在存在于人们的生活中的；将人(使用者)眼前的桌子去掉，此时人眼前只是与人脚所站立的宽广平面，之后，人(即使用者)戴上头戴式三维成像仪2，使用者眼前会呈现一张虚拟的桌子(包括其它真实场景中所出现的一切影像，比如由于光线所产生的人的影子及桌子的影子)，对于虚拟的桌子，人能用眼睛看到它，并且对桌子有一定的距离感，但用手去触摸却不能触碰到它。
[0027]使用者根据自己的意愿及三维影像进行动作。
[0028]姿态探测系统5的探测器探测使用者的动作，分析其形状、位置和运动趋势等信息，并将信息经数据总线传输给三维成像微处理器。
[0029]三维成像微处理器将姿态探测系统5传来的数据与CAD系统比对、分析，将运动趋势和位置信息等传输给多自由度机器人6，将形状和位置等信息传输给触觉呈现器3。
[0030]多自由度机器人6根据三维成像微处理器传来的数据控制自身姿势，触觉呈现器3根据三维成像微处理器传来的形状和位置等数据控制气缸或液压缸动作，使活动杆3-2伸缩移动，使蒙皮3-1呈现一定的形状。这样触觉呈现器的蒙皮3-1的形状和位置与三维成像系统所在虚拟空间里所成像的形状和位置重合，从而使使用者在一个不存在的场景里即能看到物体又能真真切切的触摸到物体。
[0031]以上所述实例即为触觉呈现的功能。
[0032]以下介绍本发明的另一实例。与上一实例的不同点在于触觉呈现器3的变化。
[0033]触觉呈现器3能够根据使用者施加在其上的力改变形状，根据力的大小和位置不同形状也不同，施力物体与触觉呈现器3接触的面所扫过的形状即是触觉呈现器3的形状。
[0034]此外，上述实施方式包含于发明的范围以及主旨，并且也包含于权利要求书中记载的发明和与其等同的范围。
【主权项】
1.一种三维触觉系统，包括CAD系统、三维成像系统、姿态探测系统、多自由度机械臂系统、触觉呈现系统、保护系统，以及总控制系统一三维成像微处理器，所述姿态探测系统、多自由度机械臂系统、触觉呈现系统、保护系统分别与三维成像微处理器之间通过总线接口连接，三维成像系统与三维成像微处理器之间通过射频信号无线连接。
2.根据权利要求1所述的一种三维触觉系统，其特征在于，所述CAD系统用与处理三维虚拟空间的建模、碰撞检验的实现，并将信息传输给三维成像微处理器。
3.根据权利要求1所述的一种三维触觉系统，其特征在于，所述三维成像系统接收来自三维成像微处理器的位置信息和形状信息，并控制触控呈现器的活动杆伸缩，形成一定形状。
4.根据权利要求1所述的一种三维触觉系统，其特征在于，所述三维成像系统包括控制模块和触觉呈现器。
5.根据权利要求4所述的一种三维触觉系统，其特征在于，所述触觉呈现器包括蒙皮3-1、活动杆3-2、引导块3-3，所述括蒙皮3-1为易变性材料；所述活动杆3_2与气缸或者液压缸相连；活动杆3-2顶端与括蒙皮3-1接触，活动杆3-2顶端可形成一定形状的包络面。
6.根据权利要求1所述的一种三维触觉系统，其特征在于，所述三维成像系统为头戴式三维成像仪。
7.根据权利要求1所述的一种三维触觉系统，其特征在于，所述多自由度机械臂系统为多自由度机器人，机器人手部安装触觉呈现系统。
8.根据权利要求1所述的一种三维触觉系统，其特征在于，所述姿态探测系统包括摄像机，形状识别传感器，位置传感器，运动传感器，其检测穿戴者的移动。
9.根据权利要求1所述的一种三维触觉系统，其特征在于，所述触觉呈现器的形状和位置与三维成像系统所在虚拟空间里所成像的形状和位置重合。
10.根据权利要求1和10所述的一种三维触觉系统，其特征在于，所述触觉呈现器在使用者将要触碰到虚拟空间里的物体的位置展现该位置的形状。
【专利摘要】本发明提供了一种三维触觉系统，使使用者在一个不存在的场景中能够真真切切的看到，并触摸到场景中的“物体”。本发明所提出的一种三维触觉系统，包括CAD系统、三维成像系统、姿态探测系统、多自由度机械臂系统、触觉呈现系统、保护系统，以及总控制系统--三维成像微处理器，所述姿态探测系统、多自由度机械臂系统、触觉呈现系统、保护系统分别与三维成像微处理器之间通过总线接口连接，三维成像系统与三维成像微处理器之间通过射频信号无线连接。
【IPC分类】G06F3-01
【公开号】CN104820492
【申请号】CN201510194364
【发明人】马涛, 杨学锋, 蔡喜光, 顾杰, 李运玺, 王呈敏
【申请人】济南大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月23日