基于微型马达的触觉背心研制
发布时间：2021-08-15 11:42
随着可穿戴技术的不断发展和对触觉感知机理的深入研究,触觉作为人体主要感官之一,也越来越受到重视。对于以盲人为代表的特殊人群而言,触觉是他们主要的信息来源之一;对于游戏、电影等娱乐产业,触觉可以带来前所未有的体验;对于医学领域,触觉可以辅助人更好的完成手术。目前,触觉的相关研究仍然处于初级阶段,一方面是因为人体触觉感知十分复杂,对触觉的研究需要多学科同时展开探索,触觉相关技术也不够成熟。另一方面在于现有的触觉装置大多针对具体实验而设计,存在尺寸大、穿戴不方便等缺点,研究结果也主要依靠人的主观感知,至今仍没有统一的触觉评价标准。为了解决以上问题,本文设计并实现了一套力触觉背心原型。本文首先论述了触觉感知机理,对触觉背心进行了需求分析,讨论了触觉背心整体结构的设计,并对涉及到的主要器件进行比较和选型工作。随后,进行了相应振动触觉实验,根据实验结果,对振动参数的选择进行了讨论,并设计了触觉背心的振动阵列和振动取模的工作模式。之后完成了触觉背心的无线通信、电源管理、振动驱动等模块的硬件电路设计。采用FPC柔性板的方式,使触觉背心的穿戴更加舒适。接着以触觉装置的硬件电路为基础,解决了微控制器驱动设...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
振动背心在VR中的应用
电子科技大学硕士学位论文2要借助一些特殊装置来实现信息的传递[5]。如图1-2为可以传递触觉信息的振动触觉手套。图1-2振动触觉手套触觉的再现是一个力反馈的过程，通过触觉表达装置向使用者输出作用力，用户则通过触觉感知获得相应的信息。力反馈装置可以辅助用户感知周围的环境，并作出正确的判断。例如，在火灾现场，消防员常常遇到浓烟和大火，遮挡了视线，听觉也受到了极大的影响，在这种情况下，消防员的安全问题受到了极大的挑战，如何快速到达救援房间，或者安全地撤离都是需要考虑的问题。如果有来自触觉方向提示，将大大提高任务的成功率。对于被困人员来说，如果在灾害发生的第一时间，通过触觉背心，引导其按照安全路线撤离，也能提高生存率。在军事领域，战士们更容易遇到极端环境。混乱的环境和嘈杂的噪音常常影响到战士正常接收信息，在视觉、听觉都受到极大干扰的情况下，触觉的重要性尤为突出。战场复杂的环境以及突发的情况较多，大量信息需要同时处理也会影响到战士的判断，如果可以通过触觉的感知强调当下最重要的信息，可以提高战士的临场判断的正确性。比如飞行员在空中飞行的过程中，有可能会产失去了对自身和飞机的正确感知，特别是飞机的方向和角度[6]，这种错觉将极大影响飞行员的判断能力，为飞机以及飞行员自身的安全将埋下巨大的隐患。为解决此问题，瑞士的洛桑理工大学虚拟现实实验室曾研发了一种振动触觉装置用于辅助飞行员识别空间定位[7]。另外，触觉还具有感知不同信息的能力，除了机械刺激，人体皮肤的触觉器官还能感知温度、湿度和粗糙度的变化[8]。韩国的首尔国立大学的研究人员通过基于高分辨率，可拉伸性的触觉传感器研发了一款新型电子皮肤，广泛应用于人体假肢和机器人[9]。随着传
第一章绪论3各个领域都具有巨大的潜在应用。1.2国内外研究现状随着越来越多的场景需要利用触觉来传递、表达信息，以及特殊群体对触觉感知的需求，人们也开始把触觉作为接收和传递信息的研究对象，现如今已经有许多研究机构开始着手研究人体触觉感知的特性，并且开发了许多触觉显示装置，结合本文的研究内容，本小节将对振动触觉背心的研究现状进行详细介绍。1.2.1触觉表达装置的发展和研究现状1997年，哈佛大学的PSWellman和WJPeine等研究人员设计了一种触觉显示器，使用10个探针组成触觉表达装置阵列[10]。1999年，Sandia国际实验室的TAnderson，ABreckenridge等研究人员研制了一款用于用户手指的触觉表达装置，通过驱动2×3振动阵列中的探针产生微小的位移使人的手指受到触觉刺激[11]。2002年，韩国浦项工科大学的UngyeonYang,YongseokJang等人研制了一套基于VR设备的振动触觉显示装置，该装置将振动触觉表达装置分布在人体的各个部位，指导运动员做出各种各样动作，达到完成虚拟运动训练的目的[12]。2003年，美国普渡大学的HongZTan等研究人员研制了一个基于振动触觉刺激阵列的椅子，如图1-3所示。在椅子和人体背部接触的位置安装了一个3×3的振动电机阵列，并且利用来自背部的触觉刺激完成了对使用者定向提示的实验研究[13]。图1-3振动触觉靠椅2004年，美国航空研究实验室研发了一款用于直升机的飞行员的触觉背心，通过不同位置和振动频率的振动信号向飞行员提示直升机的高度、漂移等飞行信息[14][15]。同年，日本的HKajimoto，NKawakami等学者研制了一种电子皮肤，并将其
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于表达飞行姿态信息的组合式振动触觉编码[J]. 杨怀宁,吴涓,欧阳强强. 传感技术学报. 2018(05)
[2]航天员空间定向训练综合评价方法研究[J]. 刘相,刘玉庆,朱秀庆,康金兰. 载人航天. 2017(01)
[3]智能织物与服装:人类的“第二层肌肤”[J]. 陈东义. 设计. 2016(24)
[4]基于振动触觉的移动机器人为人导航系统[J]. 刘杰,宋光明,彭璜,张颖,杨茜,宋爱国. 东南大学学报(自然科学版). 2016(05)
[5]振动触觉的研究现状及其应用[J]. 雷呈祥,丁江舟,司高潮,曹文. 海军医学杂志. 2010(04)
[6]李伟洪慨谈中国导盲犬的发展[J]. 周肖鹏. 中国工作犬业. 2007(04)
硕士论文
[1]多功能仿人手指触觉传感器系统设计与研究[D]. 刘虎林.南京航空航天大学 2019
本文编号：3344487
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
振动背心在VR中的应用
电子科技大学硕士学位论文2要借助一些特殊装置来实现信息的传递[5]。如图1-2为可以传递触觉信息的振动触觉手套。图1-2振动触觉手套触觉的再现是一个力反馈的过程，通过触觉表达装置向使用者输出作用力，用户则通过触觉感知获得相应的信息。力反馈装置可以辅助用户感知周围的环境，并作出正确的判断。例如，在火灾现场，消防员常常遇到浓烟和大火，遮挡了视线，听觉也受到了极大的影响，在这种情况下，消防员的安全问题受到了极大的挑战，如何快速到达救援房间，或者安全地撤离都是需要考虑的问题。如果有来自触觉方向提示，将大大提高任务的成功率。对于被困人员来说，如果在灾害发生的第一时间，通过触觉背心，引导其按照安全路线撤离，也能提高生存率。在军事领域，战士们更容易遇到极端环境。混乱的环境和嘈杂的噪音常常影响到战士正常接收信息，在视觉、听觉都受到极大干扰的情况下，触觉的重要性尤为突出。战场复杂的环境以及突发的情况较多，大量信息需要同时处理也会影响到战士的判断，如果可以通过触觉的感知强调当下最重要的信息，可以提高战士的临场判断的正确性。比如飞行员在空中飞行的过程中，有可能会产失去了对自身和飞机的正确感知，特别是飞机的方向和角度[6]，这种错觉将极大影响飞行员的判断能力，为飞机以及飞行员自身的安全将埋下巨大的隐患。为解决此问题，瑞士的洛桑理工大学虚拟现实实验室曾研发了一种振动触觉装置用于辅助飞行员识别空间定位[7]。另外，触觉还具有感知不同信息的能力，除了机械刺激，人体皮肤的触觉器官还能感知温度、湿度和粗糙度的变化[8]。韩国的首尔国立大学的研究人员通过基于高分辨率，可拉伸性的触觉传感器研发了一款新型电子皮肤，广泛应用于人体假肢和机器人[9]。随着传
第一章绪论3各个领域都具有巨大的潜在应用。1.2国内外研究现状随着越来越多的场景需要利用触觉来传递、表达信息，以及特殊群体对触觉感知的需求，人们也开始把触觉作为接收和传递信息的研究对象，现如今已经有许多研究机构开始着手研究人体触觉感知的特性，并且开发了许多触觉显示装置，结合本文的研究内容，本小节将对振动触觉背心的研究现状进行详细介绍。1.2.1触觉表达装置的发展和研究现状1997年，哈佛大学的PSWellman和WJPeine等研究人员设计了一种触觉显示器，使用10个探针组成触觉表达装置阵列[10]。1999年，Sandia国际实验室的TAnderson，ABreckenridge等研究人员研制了一款用于用户手指的触觉表达装置，通过驱动2×3振动阵列中的探针产生微小的位移使人的手指受到触觉刺激[11]。2002年，韩国浦项工科大学的UngyeonYang,YongseokJang等人研制了一套基于VR设备的振动触觉显示装置，该装置将振动触觉表达装置分布在人体的各个部位，指导运动员做出各种各样动作，达到完成虚拟运动训练的目的[12]。2003年，美国普渡大学的HongZTan等研究人员研制了一个基于振动触觉刺激阵列的椅子，如图1-3所示。在椅子和人体背部接触的位置安装了一个3×3的振动电机阵列，并且利用来自背部的触觉刺激完成了对使用者定向提示的实验研究[13]。图1-3振动触觉靠椅2004年，美国航空研究实验室研发了一款用于直升机的飞行员的触觉背心，通过不同位置和振动频率的振动信号向飞行员提示直升机的高度、漂移等飞行信息[14][15]。同年，日本的HKajimoto，NKawakami等学者研制了一种电子皮肤，并将其
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于表达飞行姿态信息的组合式振动触觉编码[J]. 杨怀宁,吴涓,欧阳强强. 传感技术学报. 2018(05)
[2]航天员空间定向训练综合评价方法研究[J]. 刘相,刘玉庆,朱秀庆,康金兰. 载人航天. 2017(01)
[3]智能织物与服装:人类的“第二层肌肤”[J]. 陈东义. 设计. 2016(24)
[4]基于振动触觉的移动机器人为人导航系统[J]. 刘杰,宋光明,彭璜,张颖,杨茜,宋爱国. 东南大学学报(自然科学版). 2016(05)
[5]振动触觉的研究现状及其应用[J]. 雷呈祥,丁江舟,司高潮,曹文. 海军医学杂志. 2010(04)
[6]李伟洪慨谈中国导盲犬的发展[J]. 周肖鹏. 中国工作犬业. 2007(04)
硕士论文
[1]多功能仿人手指触觉传感器系统设计与研究[D]. 刘虎林.南京航空航天大学 2019
本文编号：3344487
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