纹理触觉检测与再现技术的研究

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触觉再现技术是近年来人机交互技术和遥操作机器人研究的前沿和热点之一,而纹理触觉再现则是其中的重要研究内容。本文以国家973重点基础研究项目和国家863高技术研究项目为背景,旨在通过深入地研究人手触摸感知物体表面纹理的机理,提出模拟手指运动获取纹理信息的检测方法和基于人手动态感知行为的纹理触觉的再现方法,并设计出实现上述方法的纹理触觉检测装置和纹理触觉再现装置。 本文首先概括了基于纹理信息感知的人机交互技术产生和发展的趋势。 总结了人触摸物体表面产生纹理触觉的过程,根据纹理触觉的产生机理和PVDF。薄膜独特物理性质和强压电效应,设计了用于检测物体表面纹理信息的触觉传感器,并分别从机械、硬件和软件三方面介绍纹理触觉信息检测系统的设计过程。 从统计、幅域和频域角度提取纹理信号的134个特征值作为纹理识别神经网络的输入,并使用GA算法优化VLBP网络的训练过程,加快了网络训练的收敛速度,并提高了网络的识别能力。实验表明,采用该方法对6种具有代表性的纹理样本的正确识别率可以达到95%左右。 依据人的触觉感知属于动态感知的特性,提出了利用圆盘转动产生持续凹凸变化,以此刺激皮肤实现纹理触觉再现的方法,并设计了一套可以再现纹理触觉的实验装置,论文分别从机械、硬件和软件三方面介绍该装置的设计过程。 研制的纹理触觉再现装置可由不同直径大小的凹孔、凸点与转速组合出多种纹理模式。在生理心理实验中,被试者触摸感知各种纹理模式,并按照一定的要求对获得的触觉感觉的异同进行比较,经统计分析了人们指部皮肤对纹理触觉的敏感程度和辨认度,并对纹理触觉的记忆性作了初步研究。通过实验不仅证实这种纹理触觉的再现方法纹理特性表现丰富、切实可行,而且为纹理触觉再现装置的优化设计和控制策略提供了实验依据。 论文最后提出了纹理触觉再现技术今后研究的方向。
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