一种大纹理触觉再现力补偿系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种大纹理触觉再现力补偿系统和方法，触觉再现终端包括两部分，包括：交互平板与力反馈手套；其中交互平板产生大纹理最基本的局部表面斜率、挤压力方向以及高度差，力反馈手套补偿手指接触面积与挤压力大小，大纹理触觉再现由两者主次配合而完成。当用户操作所述系统时，交互平板实时检测手指位置，并根据其做三自由度运动，再现大纹理的局部表面斜率、挤压力方向与高度差；与此同时，力反馈手套根据手指位置，上提或下压手指，补偿交互平板与操作手指之间的接触面积与挤压力，使其尽可能与手指接触实际大纹理情况相符。其优点为：交互平板保证了挤压力方向的真实性；力反馈手套保证了手指触点面积变化与挤压力大小变化的真实性；二者的结合可较真实地再现大纹理触觉。

【技术实现步骤摘要】
一种大纹理触觉再现力补偿系统和方法
本专利技术涉及大纹理触觉再现领域，特别是一种大纹理触觉再现力补偿系统和方法。
技术介绍
近年来，力/触觉再现领域中，物体表面纹理的触觉再现研究发展迅速。根据物体表面纹理的空间特性或几何特性，可分为“细纹理”和“大纹理”。其中，“细纹理”为空间间隙在毫米级及以下的纹理；“大纹理”是相对于细纹理的定义，其空间间隙在厘米级及以上，主要表现为弧度的斜率与高度信息。此外，大纹理触觉再现设备的研究与开发是当今力/触觉再现领域中的一个热点。其中，挤压式弧度再现为当前比较流行的弧度再现方式。其主要原理为：动态交互平板做多自由度运动，与用户操作手指挤压，刺激手指皮肤与肌肉而产生弧度的触觉信息。比如大纹理触觉再现系统：曾涛等人，“一种大纹理触觉再现系统”专利公开号:104407707A，此系统可以较大幅度地再现弧度的局部表面斜率与高度差。可是却带来了一个问题，其无法更加细节地再现手指触点面积的变化，比如当用户触摸正弦大纹理时，在波峰与下坡的时候手指触点面积小，在波谷与上坡的时候手指触点面积大，交互平板挤压式弧度再现对此面积的变化效果并不明显。当手指触点面积的变化无法准确再现时，挤压力在手指上的分配就会产生较大的偏差，大纹理触觉再现的效果就会大打折扣。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种大纹理触觉再现力补偿系统和方法，以交互平板挤压式弧度再现为基础，力反馈手套补偿用户手指触点的接触面积与挤压力大小，从而真实地再现大纹理触觉。本专利技术采用如下技术方案：一种大纹理触觉再现力补偿系统，其特征在于：包括交互平板，力反馈手套、主控制器、辅控制器、第一传动机构和第二传动机构；该交互平板用于检测手指位置；该第一传动机构与交互平板相连以驱动其作三自由度运动实现触觉再现；该力反馈手套用于供用户配戴；该第二传动机构与力反馈手套相连以驱动其指部移动；该主控制器与交互平板、第一传动机构和辅控制器相连以根据手指位置和大纹理触觉模型控制第一传动机构工作实现弧度再现，同时辅控制器根据手指位置和大纹理触觉模型计算手指触点面积差以控制第二传动机构工作进行力补偿。优选的，所述第一传动机构包括X轴移动装置、Y轴移动装置和旋转装置；该X轴移动装置设有第一滑台；该Y轴移动装置安装于第一滑台上并设有第二滑台；该旋转装置安装于第二滑台上且与交互平板相连；所述主控制器与X轴移动装置、Y轴移动装置和旋转装置相连。优选的，所述第二传动机构包括直线电机、底座、连杆组和套环；该底座固定于所述力反馈手套的手背部上且设有转动副；该直线电机位于底座上且其输出轴与连杆组一端相连；该连杆组与转动副可转动连接，且其另一端与套环可转动连接，该套环固定套设于所述力反馈手套的指部上。优选的，所述连杆组包括第一连杆、传动杆和第二连杆；该第一连杆一端与所述输出轴可转动连接，另一端与传动杆一端可转动连接，该传动杆与所述转动副可转动连接，且传动杆另一端与第二连接一端可转动连接，第二连杆另一端与所述套环可转动连接。优选的，所述传动杆为L型。优选的，所述主控制器与所述辅控制器之间采用CAN总线实现连接。优选的，所述力反馈手套为亚克力板材制作的手套。一种大纹理触觉再现力补偿方法，其特征在于：首先，用户佩戴力反馈手套触摸交互平板，交互平板检测手指位置，主控制器根据手指位置和大纹理触觉模型控制第一传动机构动作工作交互平板作三自由度运动实现弧度再现；同时，辅控制器根据手指位置和大纹理触觉模型计算手指触点面积差以控制第二传动机构工作带动力反馈手套的指部移动实现力补偿。优选的，所述手指触点面积差为大纹理触觉模型和交互平板中所述手指位置处的接触面积差。优选的，所述弧度再现包括再现大纹理触觉模型的局部表面斜率和挤压力方向，所述力补偿为补偿所述交互平板与手指之间的接触面积和挤压力大小。由上述对本专利技术的描述可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：专利技术提出的大纹理触觉再现力补偿系统和方法中，当用户佩戴上述力反馈手套，触摸上述交互平板时，由主控制器控制活动平板进行三自由度运动，再现大纹理的局部表面斜率以及挤压力方向；与此同时，主控制器将用户手指触摸位置信息传递给辅控制器，辅控制器根据手指位置，上提或下压用户手指，比如在波峰与下坡上提手指，在波谷与上坡下压手指，以此补偿大纹理触觉中接触面积的变化以及挤压力的变化，从而更真实地再现大纹理触觉。本专利技术力反馈手套部分所有零件均采用亚克力板材作为加工原料，亚克力板材具有重量轻，使用寿命长，抗冲击力强，维护方便与易清洁的特点，很适合本专利技术力反馈手套材料的选择。附图说明图1为本专利技术力反馈手套的具体结构及零件示意图；图2为本专利技术力反馈手套的曲柄滑块机构与平面四杆运动链示意图；图3为本专利技术力反馈手套的“L”型刚性杆结构示意图；图4为本专利技术力反馈手套的运动学原理示意图；图5为交互平板示意图；图6为本专利技术控制系统示意图；其中：1、第一连杆，2、第一传动部，3、支架，4、直线电机，5、输出轴，6、第二传动部，7、第二连杆，8、指部，9、底座，10、套环，11、曲柄连杆机构，12、平面四杆运动链，13、传动杆，14、力反馈手套，15、X轴移动装置，16、Y轴移动装置，17、旋转装置，18、交互平板，19、主控制器，20、辅控制器。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的描述。参见图1至图6，一种大纹理触觉再现力补偿系统，包括交互平板18，力反馈手套14、主控制器19、辅控制器20、第一传动机构和第二传动机构等。该交互平板18，其可采用触摸平板，例如电容式触摸屏，可显示触摸交互界面、检测手指位置，及根据命令运动以产生大纹理最基本的局部表面斜率、挤压力方向即高度差等。该第一传动机构与交互平板18相连，用于驱动交互平板18其作三自由度运动实现触觉再现。具体包括X轴移动装置15、Y轴移动装置16和旋转装置17等。该X轴移动装置15设有第一滑台等，该第一滑台可被控制沿X轴滑动。该Y轴移动装置16安装于第一滑台上并设有第二滑台，该第二滑台可被控制沿Y轴滑动。该旋转装置17安装于第二滑台上且与交互平板18相连，该旋转装置17的输出轴连接驱动交互平板18旋转。该X轴移动装置15、Y轴移动装置16和旋转装置17均采用交流伺服电机实现，X轴移动装置15和Y轴移动装置16可采用直线型电机，旋转装置17可采用旋转电机。该力反馈手套14用于供用户配戴，及被控制移动以补偿手指与交互平板18间的接触面积与挤压力大小。力反馈手套14为亚克力板材制作的手套，其包括有手背部和指部8。该第二传动机构与力反馈手套14相连以驱动其移动。第二传动机构具体包括直线电机4、底座9、连杆组和套环10等。该直线电机4为压电式直线电机，压电式直线电机响应速度快，运动精度高，可达到纳米精度，装置小型化，可有效降低装置整体重量，极大减小用户承重负担以及装置的复杂程度。该连杆组包括第一连杆1、传动杆13和第二连杆7，该第一连杆1一端与直线电机4的输出轴5连接，二者通过第二转动副R2实现可转动连接，第一连杆1可将输出轴5的直线运动转换为转动。第一连杆1另一端与传动杆13一端通过第一转动副R1实现可转动连接，传动杆13该端与第一连杆1联动。传动杆13另一端与第二连杆7一端通过第四转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大纹理触觉再现力补偿系统，其特征在于：包括交互平板，力反馈手套、主控制器、辅控制器、第一传动机构和第二传动机构；该交互平板用于检测手指位置；该第一传动机构与交互平板相连以驱动其作三自由度运动实现触觉再现；该力反馈手套用于供用户配戴；该第二传动机构与力反馈手套相连以驱动其指部移动；该主控制器与交互平板、第一传动机构和辅控制器相连以根据手指位置和大纹理触觉模型控制第一传动机构工作实现弧度再现，同时辅控制器根据手指位置和大纹理触觉模型计算手指触点面积差以控制第二传动机构工作进行力补偿。

【技术特征摘要】
1.一种大纹理触觉再现力补偿系统，其特征在于：包括交互平板，力反馈手套、主控制器、辅控制器、第一传动机构和第二传动机构；该交互平板用于检测手指位置；该第一传动机构与交互平板相连以驱动其作三自由度运动实现触觉再现；该力反馈手套用于供用户配戴；该第二传动机构与力反馈手套相连以驱动其指部移动；该主控制器与交互平板、第一传动机构和辅控制器相连以根据手指位置和大纹理触觉模型控制第一传动机构工作实现弧度再现，同时辅控制器根据手指位置和大纹理触觉模型计算手指触点面积差以控制第二传动机构工作进行力补偿。2.如权利要求1所述的一种大纹理触觉再现力补偿系统，其特在于：所述第一传动机构包括X轴移动装置、Y轴移动装置和旋转装置；该X轴移动装置设有第一滑台；该Y轴移动装置安装于第一滑台上并设有第二滑台；该旋转装置安装于第二滑台上且与交互平板相连；所述主控制器与X轴移动装置、Y轴移动装置和旋转装置相连。3.如权利要求1所述的一种大纹理触觉在线力补偿系统，其特征在于：所述第二传动机构包括直线电机、底座、连杆组和套环；该底座固定于所述力反馈手套的手背部上且设有转动副；该直线电机位于底座上且其输出轴与连杆组一端相连；该连杆组与转动副可转动连接，且其另一端与套环可转动连接，该套环固定套设于所述力反馈手套的指部上。4.如权利要求3所述的一种大纹理触觉再现力补偿系统，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾涛，黄诗镇，陈乾，刘凯伟，何良宗，
申请(专利权)人：厦门大学，厦门大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：福建,35