基於主動式動態觸摸感知的大紋理再現機理研究

《基於主動式動態觸摸感知的大紋理再現機理研究》是依託廈門大學，由曾濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於主動式動態觸摸感知的大紋理再現機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：曾濤
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

物體表面紋理再現是觸覺互動研究領域中的熱點。近年來，紋理的觸覺機理研究不斷得到完善，湧現出大量的紋理再現裝置。但值得注意的是，這些研究中涉及到的紋理的內部空間間隙大多在毫米級及以下，我們把它們稱為“細紋理”。對於空間間隙在厘米級及以上的“大紋理”，可以從空間幾何特性上把它們看成是細小紋理圖案覆蓋在曲面上的特殊紋理。與細紋理相比，大紋理包含更豐富的物體表面信息，融合了粗糙度和弧度，其觸覺感知機理也必然更加複雜。國內外學者對細紋理和弧度的感知機理及其觸覺再現進行了深入研究，但很少涉及到綜合了兩者的大紋理。本項目旨在綜合運用生物力學與運動控制、觸覺生理心理學、數學建模與仿真等方面的知識，通過構造人機互動接口裝置和開展心理物理學實驗，對大紋理的感知機理和再現方法進行研究，建立起基於主動式動態觸摸感知的觸覺再現數學模型，為虛擬現實和機器人領域中的物體表面信息再現提供重要理論依據。

結題摘要

本項目對包含了粗糙度和弧度信息的大紋理觸覺感知機理和再現方法進行研究，綜合運用生物力學與運動控制、觸覺生理心理學、數學建模與仿真等方面的知識，通過構造人機互動接口裝置和開展心理物理學實驗，建立起適合常見大紋理再現的系統理論和數學模型，並通過實驗驗證了理論的可行性和互動裝置的有效性。本項目完成的基於主動式動態觸摸感知的大紋理虛擬再現裝置，相比於國內外現有的被動式、靜態的、或非直接接觸的互動裝置，其允許人們用手指（裸指）自由地動態觸摸接口界面來感知大紋理的相關信息，增強了操作者的沉浸感。該研究豐富了物體表面紋理尤其是大紋理的觸覺再現機理研究，同時探索了手指觸摸感知方式對紋理認知的影響，為虛擬現實和機器人領域中的物體表面信息再現提供了重要理論依據。取得的具體成果如下: 1. 通過使用大紋理實物模型開展心理物理學實驗，獲取了大紋理的基本觸覺信息，了解指尖感知的特性，為大紋理觸覺建模提供了理論基礎； 2. 在擠壓式弧度再現模型的基礎上，結合觸覺心理物理學實驗獲取的觸覺信息，建立了大紋理輪廓再現數學模型； 3. 設計並實現了大紋理輪廓觸覺再現裝置，包括觸摸平板 、手指位移測量單元、機械傳動、STM32控制系統電路和系統軟體等部分； 4. 實驗驗證了基於主動式動態觸摸感知大紋理輪廓再現方法的可行性、所建數學模型的正確性、手指位移檢測的準確性、以及控制方法的有效性等； 5. 設計並實現了基於擠壓氣膜效應的大尺寸、高透明的細紋理觸覺再現平板，其有效觸摸面積為194mm*100mm。其優勢是有效觸摸面積大大增加，裝置更加輕薄，可與市面上常見的電子產品集成，實用性強。該平板與大紋理輪廓觸覺再現裝置結合可有效實現包含了粗糙度和弧度信息的大紋理觸覺再現。