《基於摩擦力控制的觸覺再現建模理論和方法研究》是依託南京航空航天大學，由陸熊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於摩擦力控制的觸覺再現建模理論和方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陸熊
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
力觸覺系統是人類與自然環境互動過程中獨特的雙向信息交換通道，它能夠提供視覺或聽覺等其它通道無法替代的信息。對於盲人或視力受損者而言，力觸覺系統更是他們最主要的信息互動通道。本研究從摩擦力控制的激勵機制出發，創新性地將空氣壓膜效應和電致振動效應相結合，構建摩擦力控制範圍更廣、控制更靈活的觸覺再現人機接口，旨在為包括視力受損者在內的使用者提供更理想的觸覺互動系統。該項目主要研究：（1）空氣壓膜效應和電致振動效應共同存在的、基於摩擦力控制的、較大互動面積的觸覺再現方法和觸覺再現設備；（2）人的觸覺感知的特性、不同摩擦力控制模式和激勵信號對觸覺感知特性的影響；（3）基於人的觸覺感知特性和觸覺再現設備，文字、二維圖像和三維虛擬物體等對象的觸覺再現建模方法。本項目研究的基於摩擦力控制的觸覺再現設備和觸覺再現建模方法，不僅能有效提高人機互動質量，而且能為數百萬的視力受損者提供更為理想的信息互動系統。
結題摘要
力觸覺系統是人類與客觀世界互動過程中的重要信息獲取通道，它能夠實現視覺或聽覺等其他通道無法替代的雙向信息互動和雙向能量互動。相應地，力觸覺再現作為一種新興的人機互動技術，正受到越來越多的關注，成為人機互動中的研究熱點。本項目面向觸覺再現人機互動套用，從觸覺再現實現方法、操作者手指觸覺感知特性、觸覺再現建模套用等方面開展了基於摩擦力控制觸覺再現方法和建模理論研究。從摩擦力控制的原理髮出，提出將空氣壓膜效應能減小調節互動摩擦力、電致振動效應能增大調節互動摩擦力相結合，實現了摩擦力調節範圍更寬廣的觸覺再現方法。使用玻璃觸覺面板、壓電陶瓷、激勵信號等模組，研究了基於空氣壓膜效應的觸覺再現方法，設計實現了基於空氣壓膜效應的觸覺再現系統原型；使用PCB電極陣列觸覺面板、激勵信號等模組，研究了基於電致振動效應的觸覺再現方法，設計並實現了基於電致振動效應的觸覺再現原型系統；使用帶有ITO導電層的玻璃觸覺面板、壓電陶瓷、ITO導電層製作的電極層、激勵信號等，研究了空氣壓膜效應和電致振動效應兩種原理相融合的觸覺再現方法，設計並實現了基於雙向摩擦力控制的觸覺再現原型系統。使用所研製的基於摩擦力控制的觸覺再現原型系統，開展了操作者手指觸覺感知特性的研究，包括基於空氣壓膜的觸覺再現方法中的觸覺面板振動特性、摩擦力感知閾值、摩擦力區分感知等實驗，基於電致振動效應的觸覺再現方法中的摩擦力感知閾值、摩擦力區分閾值、激勵電壓頻率感知範圍、激勵電壓頻率區分閾值等實驗，以及空氣壓膜效應和電致振動效應相融合的觸覺再現方法中觸覺面板共振頻率、基於雙向摩擦力控制的摩擦力感知閾值、摩擦力係數區分閾值、摩擦力係數感知等級等實驗。最後，基於所研製的觸覺再現原型系統和操作者手指觸覺感知特性參數，設計了簡單圖形和漢字的觸覺再現模型，並開展了對比識別實驗研究。研究結果表明，空氣壓膜效應和電致振動效應效應相結合的觸覺再現方法，能夠獲得更為寬廣的摩擦力控制範圍，實現更多的摩擦力係數感知等級，從而有效提高簡單圖形和漢字的識別成功率。本項目的研究，為基於摩擦力控制的觸覺再現技術發展提供了新的思路、實驗數據和理論依據，為觸覺再現技術這一信息互動模式在人類社會中的進一步廣泛套用奠定了重要基礎。
