基于触觉感知仿生特性的硬度触觉再现方法技术

本发明专利技术公开了一种基于触觉感知仿生特性的硬度触觉再现方法，该方法再现了人感知真实物体表面硬度的主观感受，该方法首先对人手触摸真实物体时的交互数据进行采集，并输入力触觉感知模型中，计算人主观感知硬度的强度。然后再将主观感知硬度输入到硬度再现控制模型中，计算硬度再现装置的控制参数，并通过振动元件和力反馈装置产生融合机械刺激，将再现的硬度触感反馈给使用者。与传统的力触觉再现方法基于“刺激一致性”相比，该方法不是直接将真实交互时的力刺激复现给使用者，而是先计算真实刺激所产生的硬度感觉，再由力触觉控制模型控制再现装置产生与真实交互硬度触感一致的力触觉刺激，实现对非均质硬度对象的硬度触觉真实表达。

【技术实现步骤摘要】
基于触觉感知仿生特性的硬度触觉再现方法
本专利技术属于力触觉再现
，具体涉及一种基于触觉感知仿生特性的硬度触觉再现方法。
技术介绍
人与环境交互过程中产生的力觉和触觉总称为力触觉。力触觉再现是通过特定的硬件装置，在与虚拟物体表面接触时，产生作用于用户的物理刺激，从而模拟真实物体粗糙度、软硬度等表面纹理特征。本专利技术针对硬度这一物理属性进行触觉再现，具体指当人通过力触觉再现装置接触虚拟物体时，产生能够模拟人在与触摸真实物体时所感知到物体软硬感的物理刺激。硬度再现可以弥补在人机交互中触觉信息的缺失，特别是对于弹性非均匀的物体(人体组织、肿瘤、织物等)进行再现能够增强人对物体的整体认知。在进行虚拟手术或者远程手术时，医生可以通过硬度再现系统获得人体组织的触感，从而提高触诊的稳定性，减少手术误操作造成组织损伤。另外，这一方法也可应用在遥操作机器人、VR游戏以及虚拟装配等场景中。硬度再现过程一般包括硬度再现控制算法建立以及力触觉装置表达两部分。通常硬度再现算法是基于人工刺激与真实刺激一致的原理，直接测量真实交互时的力触觉刺激数据，再控制再本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于触觉感知仿生特性的硬度触觉再现方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：/n步骤1：交互数据的采集：远端力触觉传感器测量装置在主端操作者控制下按压物体，在按压过程中，通过力触觉传感器采集力触觉交互数据，包括力、位移、加速度，并计算提取出硬度感知过程中的力触觉刺激特征参数；/n步骤2：主观感知强度的获取：将步骤1中提取的特征参数代入已知的客观刺激特征参数->主观硬度感知强度的感知模型，得到当前被感知真实物体的主观硬度感知强度；/n步骤3：再现装置控制参数的确定：将步骤2中得到的主观硬度感知强度代入到力触觉控制模型中，计算力触觉再现装置的控制参数，包括力反馈控制参数和振动反馈控制参数...

【技术特征摘要】
1.一种基于触觉感知仿生特性的硬度触觉再现方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤1：交互数据的采集：远端力触觉传感器测量装置在主端操作者控制下按压物体，在按压过程中，通过力触觉传感器采集力触觉交互数据，包括力、位移、加速度，并计算提取出硬度感知过程中的力触觉刺激特征参数；
步骤2：主观感知强度的获取：将步骤1中提取的特征参数代入已知的客观刺激特征参数->主观硬度感知强度的感知模型，得到当前被感知真实物体的主观硬度感知强度；
步骤3：再现装置控制参数的确定：将步骤2中得到的主观硬度感知强度代入到力触觉控制模型中，计算力触觉再现装置的控制参数，包括力反馈控制参数和振动反馈控制参数；
步骤4：硬度再现：根据步骤3中得到的控制参数，再现装置中的力反馈和振动反馈执行器产生融合的力/振动触觉刺激作用给主端操作者，从而实现对远端真实物体的硬度再现。


2.根据权利要求1所述的一种基于人感知仿生特性的硬度触觉再现方法，其特征在于：步骤2中硬度触觉感知模型是指已建立的交互特征参数与主观感知硬度强度的多输入/单输出的回归模型,该模型描述了客观交互数据中与力、振动相关的特征和主观硬度感知强度之间的量化关系，模型表达为下式：
H＝k1·logGS-k2·logPFP
其中，GS为全局刚度(N/mm)，指完整按压过程中力与位移比值的平均值，即引起单位位移所需的力，表现了物体整体硬度的特征，PFP为峰值力/位移(N/mm)，是指在一段时间内的按压力的峰值与该峰值点对应的位移的比值，即按压过程的不同阶段对应的局部刚度，反映了力、位移随时间变化的瞬态特征；GS、PFP通过交互过程中传感器测量到的力、位移等数据计算得到，H表示主观硬度，k1、k2为偏回归系数，表示特征参数对感知结果的影响程度，值越大说明该特征对主观感知结果影响权重越大，偏回归系数的符号表明，主观感知的硬度强度与全局刚度GS的对数正相关，与峰值力/位移比值PFP的对数负相关。


3.根据权利要求1所述的一种基于触觉...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴涓，何聪，张军，邵知宇，陈航，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32