一種力觸覺再現中的紋理力測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種力觸覺再現中的紋理力測量方法，考慮了客觀紋理表面因素和人手探索過程中的移動速度與主動按壓力，將紋理力分解為垂直方向作用力及水平方向作用力。其中，垂直方向作用力分為客觀因素作用力及主觀因素作用力，客觀因素作用力由實測的紋理表面微觀輪廓高度以及表面剛度特性決定。鑒于接觸過程中的法向加速度的變化能反映人手移動過程中速度和壓力的變化情況，主觀因素作用力是法向加速度的函數，仿真時的法向加速度是實測加速度在不同壓力和速度下的線性插值函數。水平方向紋理力可為探針劃過紋理表面的摩擦阻力，由垂直方向按壓力與紋理材料動摩擦系數決定。
【專利說明】一種力觸覺再現中的紋理力測量方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于紋理力觸覺再現領域，涉及一種紋理的力觸覺表達方法。
【背景技術】
[0002]目前，紋理力觸覺表達技術主要是根據紋理表面的輪廓特征建立與紋理表面相接觸時的力觸感模型并通過力觸覺再現裝置將力觸感再現出來。基于力觸覺反饋裝置的紋理表達的建模方法主要分為三類:基于幾何約束和物理模型建立紋理的力觸覺表達模型；從圖像中提取紋理表面的輪廓特征建立力觸覺表達模型；實際測量真實紋理的輪廓或振動信息，通過虛擬現實技術再現紋理信息。
[0003]基于實際測量模型的紋理力表達技術的測量儀器分為兩種:一種是非接觸式的，如三維光學表面輪廓儀，通過光學特性獲得表面三維高度信息。這種方法對被測表面的清潔度以及平整度要求較高。另一種是接觸式的，一般是通過探針輕敲或按壓的方式掃描紋理表面，并用傳感器記錄交互中的狀態信息。這種方法的主要問題在于“測不準”，系統中加入傳感器會改變原有的連接 狀態和動態特性，導致測量結果和原始情況之間的偏差。
[0004]對于基于探針掃描紋理表面接觸式的測量，國內技術一般通過力傳感器獲得探針掃描紋理表面的壓力值，將壓力值經過簡單處理直接作為力反饋裝置輸出力表示為紋理微觀輪廓高度，國外研究中在國內的基礎上同時測量探針掃描紋理表面的加速度信號，經變換輸出提高紋理觸感的真實度。
[0005]目前，基于探針測量紋理表面信息并應用于力觸覺再現的有=Hari等提出用SensAblePHANTOM在一個真實紋理表面上橫向拖動，同時估計垂直于表面方向的位移擾動，并在此基礎上建立了一個紋理力模型JochenLang等提出了使用WHaT無線觸覺傳感器來測量手持探針輕敲觸覺紋理時的力和加速度，并用這些測量結果計算紋理的粗糙度和剛度；0kamura等提出用衰減正弦信號描述探針在紋理表面滑動時的加速度輪廓；Guruswamy等提出使用IIR濾波器產生的加速度分布值乘以縮放系數作為紋理力；XianmingYe等提出用兩個應變計和一個力傳感器測量三維力信號，利用法向力和切向力得到紋理的摩擦力，并用壓電薄膜來測量接觸探針時軸向接觸應力的動態讀出并用于紋理的力觸覺再現；Joseph等提出對采集到的加速度信號進行LPC濾波，并將預測的加速度信號由計算機聲卡輸出，通過電流放大器驅動紋理檢測裝置上的音圈電動機實現虛擬紋理力觸覺再現。
【發明內容】
[0006]技術問題:本發明提出了一種利用加速度信號進行紋理力建模并考慮人的主觀作用對紋理觸覺再現影響的力觸覺再現中的紋理力測量方法。
[0007]技術方案:本發明的力觸覺再現中的紋理力測量方法，包括以下步驟:
[0008]在虛擬紋理力模型中，利用力觸覺再現設備的操作柄控制模型中的虛擬探針在虛擬物體表面劃過，同時檢測虛擬探針與虛擬物體是否發生接觸，以及是否有相對運動，若虛擬探針與虛擬物體發生接觸或者無相對運動，則虛擬紋理力瓦?輸出為0，反之，則按照下式計算虛擬紋理力Pmn并輸出:
[0009]
【權利要求】
1.一種力觸覺再現中的紋理力測量方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 在虛擬紋理力模型中，利用力觸覺再現設備的操作柄控制模型中的虛擬探針在虛擬物體表面劃過，同時檢測虛擬探針與虛擬物體是否發生接觸，以及是否有相對運動，若虛擬探針與虛擬物體發生接觸或者無相對運動，則虛擬紋理力?輸出為O，反之，則按照下式計算虛擬紋理力友_并輸出:
【文檔編號】G01L1/00GK103439030SQ201310424215
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月17日 優先權日:2013年9月17日
【發明者】吳涓, 李明, 王路, 劉威, 宋愛國 申請人:東南大學