基于压电超声触觉显示的可变摩擦研究

基于超声波润滑机理和挤压膜效应,该文提出了一种新型的压电超声触觉显示分析模型,并进行了理论和实验分析。在高挤压数状态下,推导出挤压力的解析表达式,开展了超声触觉显示分析模型振动特性实验和定性、定量摩擦辨别实验,探究了振动频率和激励电压对摩擦减少的影响,验证了压电超声触觉显示分析模型显著的减摩擦效果,为构建触觉显示剪切力模式提供了理论基础。

用于盲人的图像振动触觉显示系统设计

为了帮助视觉障碍者以振动触觉方式感知图像信息,设计了一个能自动采集图像信息并将图像轮廓转换为振动触觉刺激的触觉显示系统.该系统主要由摄像头和基于嵌入式系统的8×8振动触觉刺激阵列组成.系统能通过摄像头采集图片信息,提取物体二维轮廓特征,并以顺时针链表形式依次触发振动电机,产生动态振动触觉刺激,让佩戴者通过触觉刺激感知图像中物体轮廓特征.实验表明,该原理样机系统具有实时性好、携带方便的优点.动态振动触觉编码的方法符合人的触觉感知特性,对封闭轮廓物体形状的触觉提示识别率较高.

遥操作机器人触觉显示技术的研究

文章在介绍国内外触觉显示领域研究的基础上,针对人类FAI和FAII触觉神经末梢的频率响应特性和感受深度阈,利用Moonie型压电陶瓷-金属复合体结构的逆压电致伸效应,研制了3×3像素规模的压电振动式触觉显示器。以几何图形平均识别成功率作为评价衡量触觉显示质量的指标,分析了驱动频率与触觉感受的关系。最后指出PZT触觉显示器走向实用化所必须研究克服的问题。

触觉显示技术及其发展趋势

首先阐述了触觉显示技术相关的触觉生理和触觉现象,然后介绍了触觉显示所采用的振动刺激、电刺激、射流刺激、气动刺激和顶针刺激等技术手段的现状,以及触觉语言设计问题,最后总结了触觉研究领域的热点方向和发展趋势,并对融合触觉、彩色触觉、时空触觉、斜坡触觉和多模接口等做了简要介绍。

遥控机器人触觉显示器

操作遥控机器人时，希望将远方的触觉传感器的信息以触觉方式重现给操作者．这就需要触觉显示部件．本文介绍了触觉显示部件的原理，发展和分类，描述了人类的触觉生理机制。

机械式点阵触觉显示系统

设计了一种用于视障人士电子阅读的机械式点阵显示系统。该系统通过小棘爪锁定显示针的不同位置以保持触点的状态,采用Z向驱动器配合XY移动平台顺序控制每个显示针的凸起,而后由复位驱动器统一复位,从而实现系统中多个触点的凸起和平整状态的自动切换。实验结果表明:采用单个Z向驱动器的系统可在1分钟内完成54个触点的凸起和平整状态自动转换。

ICPF的制备及其用于人工触觉显示

ICPF作为一种智能材料,有良好的性能及广泛的用途。它是以nafion为基材,两面镀金属制成。首先是先进行膜表面粗化,然后将其浸泡在铂盐中,再使用Na BH4溶液还原,之后用氢氯羟胺溶液水合肼溶液进一步还原,最后电镀Cu。ICPF能产生高频输入响应,且材料柔软,因此将其用于人工触觉显示,裁制成纤毛状,以一定阵列做成刷子,模拟触觉。

基于高斯处理的触觉显示机器人摩擦力矩的动力学建模方法

通过建立准确的动力学模型可以显著地改善触觉显示机器人的控制性能.但由于其关节处的非线性动态摩擦特性,传统建模方法精度较低.针对此问题,采用高斯处理算法,准确建立了高度非线性的触觉显示机器人摩擦力矩动力学模型.单自由度的触觉显示机器人实验结果表明,其精度得到显著提高.

触觉显示的人机交互研究及应用

触觉显示是应用触觉刺激表示信息,通过触觉来显示和传递信息。首先介绍了触觉显示的研究背景,回顾了触觉显示的研究历史和国内外的研究现状,指出了触觉显示方面主要的研究领域。其次通过对现有的触觉显示的人机交互研究及应用所取得成果的分析,对当前触觉显示的人机交互研究及应用的发展进行了总结,最后对触觉显示的人机交互研究及其应用前景提出了一些展望,旨在帮助研究人员和工程师今后更好地研究、开发和利用触觉显示技术。

触觉显示技术创造的虚拟材质界面空间及其身体感知

人类的历史是一部材料的发展史,也是一部媒介的变迁史。在传统的媒介中,雕塑、绘画、建筑等艺术对材质的表现深受现实物理世界的规律限制,从视觉质感到触觉情感,材质的表现具有遥测性、记忆性和模糊性。而当虚拟现实技术的出现给材质微观结构的直观可视化提供了一种可能性,类似于将人们大脑里的材质记忆直观化。触觉显示技术的加入又使得这个直观化过程可触可感,进而加深了直观化体验的深度和强度。本文将触觉显示技术与虚拟现实技术融合起来,试图构建起一个触觉显示技术创造的虚拟材质界面空间,这个空间是一个能与身体信息进行交流的可创造的电子化流动生命空间。在这个空间中,既可以构建起材质的动态生成过程,还能调度起身体上的运动与材质进行交互,这种动态性的感知模式让用户得到了一种快速地、冲击性的视触觉体验,从而产生美的沉浸。

触觉显示系统在航空领域的研究与应用

在航空飞行中,人的视觉与听觉被高度占用,有时会因此导致事故。为此,利用触觉刺激来传递一部分必须的信息可以减少此类事故的发生。美国军方的研究机构自20世纪90年代起就一直致力于研究飞行员用的触觉显示系统,经过几十年的不断研究和完善,现已经接近实用化阶段。通过回顾美国军方以及其他机构对触觉显示系统的研究与发展,希望能对国内相关研究工作的开展有所启发和帮助。

触觉传感与显示技术现状及发展趋势

阐述了触觉感知、触觉传感及触觉显示等方面的国内外技术现状。在分析综合的基础上,指出触觉传感和显示技术已经逐渐脱离了最初紧密关联的临场感应用环境,两者分离并独立发展成为全新的学科方向已经成为一个趋势。触觉传感主要围绕智能机器人领域和康复医疗领域,而触觉显示除传统的机器人临场感及视觉功能替代应用外,还包括虚拟现实、电影电视、游戏娱乐、工业设计、制图绘画、教育培训以及工业触控屏等领域。最后给出了触觉领域的未来发展趋势。

虚拟环境热触觉的显示装置与材质识别实验

基于半无限体模型,研究了热触觉感知的机理.设计了热触觉显示装置,通过控制半导体制冷器的温度变化来实现热触觉显示.该装置的控温范围为-10～60℃,温度分辨率和精度分别为0.02和0.1℃,升温或降温速率大于10℃/s.定制了柔性镍金属薄片式温度传感器,尺寸为8 mm×20 mm×0.6 mm,时间常数τ<0.15 s.检测了手指与物体接触面处手指皮肤的实时温度变化,并基于此温度变化控制热触觉显示装置,使热触觉接触面的温度变化无限逼近真实热触觉的手指皮肤的温度变化,从而复现人手指触摸真实物体的热触觉.开展了虚拟环境材质识别实验,材质识别正确率在70%以上.实验结果表明,该热触觉显示装置和热触觉复现方法能够复现真实的热触觉,有很强的真实感和沉浸感.

基于射流刺激的触觉图像显示技术研究

论文介绍了基于射流刺激的触觉图像显示技术的原理,针对触觉图像显示系统需要一种运算简单、速度快的图像处理方法。本文在传统的Otsu二值化算法基础之上,提出了基于对比度扩展的Otsu多区域阈值分割算法,利用该算法进行灰度图像的处理,满足了射流触觉显示对图像质量的要求,并对今后的研究工作提供了一定的依据。

面向触觉图文实现的显示系统设计

为帮助盲人或视觉障碍人通过触摸达到学习和感受的目的,设计了触觉图文图像显示系统。触觉图文信息主要来源于视觉图文,研究了视觉-触觉图文转换以及与人体的触觉特性相适应的触觉数据结构,介绍了面向图文图像触觉显示系统。结果表明该系统可以实现2D、3D灰度图像的再现,使用者可以真实地识别图文图像信息。此外,扩大了面向图文信息的触觉显示的应用领域。

振动触觉表征的音乐信息现状研究

振动触觉作为人机交互领域被广泛运用的交互方式,在方向导航、图形显示、音乐表达等方面都发挥了重要作用。振动触觉音乐交互是人机交互与艺术结合研究热潮中的方向之一,目前,振动触觉表征音乐信息的相关研究缺乏系统的总结。该文首先系统地探讨了使用振动触觉表征音乐信息的各个映射要素,包括音高、旋律、音色、节奏以及响度。然后从增强音乐体验、乐器教学以及舞蹈动作辅助3个方面对振动触觉音乐的应用和交互设计方法进行归纳总结。最后展望了振动触觉音乐的发展前景,指出结合具体场景下的触觉音乐应用将具有实际意义和市场价值。

基于视触觉功能替代的穿戴式触觉导盲技术研究

针对视障人群的自主行走课题进行了研究,研制了基于视触觉功能替代的穿戴式触觉导盲装置。该装置通过导盲眼镜上的迷你光学摄像头采集周围环境的视觉图像信息,视觉图像经二值化处理后转换为触觉图像。借助触觉显示器,视障操作者能够在其胸前的虚拟显示平面上以主动触觉方式感知该图像,从而实现对周围环境信息的触觉感知。原理性实验表明该装置能够有效帮助视障者感知路况和识别环境目标,实现自主行走。

医学虚拟训练的视觉与触觉场景三维同步匹配

基于高精度虚拟中国人男性一号数据集和虚拟现实开发工具 Open Inventor,利用由主动式立体眼镜和力反馈设备构建的仿真平台,实现了视觉场景图和触觉场景图的三维同步匹配。论述了开发环境的具体要求,分析了视觉和触觉场景图三维同步匹配的实现策略,给出了三维同步匹配和注射模拟实验的仿真结果。结果表明,虚拟系统的视觉场景图和触觉场景图的三维同步匹配准确,可实时、快速实现视觉和触觉的立体模式医学虚拟训练。

基于视触觉替代方法的盲教装置

针对盲童基础教育存在困难进行研究,提出并开发了基于视触觉功能替代的触觉盲教装置。借助该装置,视觉图文能够被转换为触觉图文并实时传送至视障学生的课桌上,使学生能够以主动触觉方式在课桌上的虚拟显示区域感知教师所讲授的课堂内容。初步实验表明,该装置能够帮助视障学生有效感知简单的文本和几何图形信息。

面向FPGA的低泄漏功耗SRAM单元设计方法研究①

针对视障人群的自主行走课题进行了研究,研制了基于视触觉功能替代的穿戴式触觉导盲装置。该装置通过导盲眼镜上的迷你光学摄像头采集周围环境的视觉图像信息,视觉图像经二值化处理后转换为触觉图像。借助触觉显示器,视障操作者能够在其胸前的虚拟显示平面上以主动触觉方式感知该图像,从而实现对周围环境信息的触觉感知。原理性实验表明该装置能够有效帮助视障者感知路况和识别环境目标,实现自主行走。摘要针对现场可编程门阵列（FPGA）因集成度与速度提高引起的功耗问题，提出了一种适合于FPGA的低功耗静态随机存储器（SRAM）单元设计方法。该方法基于FPGA中SRAM单元在配制后存储值多数为“0”这一特点以及对SRAM单元存储值为“0”时的主要泄漏电流来源的分析，综合应用双阈值电压技术和双栅氧化层厚度技术降低SRAM单元存储值为“0”时的泄漏功耗。该方法的优点是不增加面积和整体延时，且能改善静态噪声容限。仿真结果表明，与传统结构SRAM单元相比，在保证其他性能的前提下，采用该方法所设计的SRAM单元的泄漏功耗可降低41．32％以上。