溫度觸覺復(fù)現(xiàn)裝置的研制與應(yīng)用.pdf

1、人類通過視覺、聽覺、味覺、觸覺和嗅覺等來感知世界。觸覺包括力觸覺、紋理觸覺和溫度觸覺等。力觸覺和紋理觸覺在國內(nèi)外被廣泛研究并已設(shè)計出許多力觸覺復(fù)現(xiàn)裝置。溫度觸覺作為力觸覺和紋理觸覺的一種輔助感覺,早期經(jīng)常與力觸覺、紋理觸覺結(jié)合在一起研究。隨著科技的進(jìn)步,力觸覺和紋理觸覺復(fù)現(xiàn)已不能滿足新時代虛擬現(xiàn)實(shí)的要求,為進(jìn)一步提高虛擬現(xiàn)實(shí)場景的真實(shí)感與沉浸感,溫度觸覺越來越受到關(guān)注和重視。國外在溫度觸覺的理論和實(shí)踐上研究都較早,相繼研制出一些帶有溫度

2、觸覺復(fù)現(xiàn)功能的多覺復(fù)現(xiàn)裝置,相對而言國內(nèi)在溫度觸覺方面的相關(guān)研究很少。
　　 本文首先對手指接觸不同熱屬性物體時手指表面溫度變化的理論模型進(jìn)行理論分析,并對半導(dǎo)體制冷器的最大升降溫速率以及各種溫度傳感器的溫度響應(yīng)速率進(jìn)行測試。在理論和實(shí)踐的基礎(chǔ)上研制了一臺單熱源溫度觸覺復(fù)現(xiàn)裝置,該裝置使用ARM核心板作為裝置的核心控制器件,采用分段PID算法對半導(dǎo)體制冷器輸出溫度進(jìn)行閉環(huán)控制,設(shè)計具有高溫度響應(yīng)速率的紅外溫度傳感電路快速檢測半導(dǎo)

3、體制冷器表面溫度。而后,對該裝置的性能參數(shù)進(jìn)行測試,并基于所設(shè)計的單熱源溫度復(fù)現(xiàn)裝置構(gòu)建了溫度觸覺實(shí)驗(yàn)平臺。為研究人的記憶特性對溫度觸覺的影響,設(shè)計了不同周期溫度三角波識別實(shí)驗(yàn)。為研究手指是否能通過本裝置來區(qū)分不同熱屬性的物體,設(shè)計了熱屬性識別實(shí)驗(yàn)并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。測試和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該溫度復(fù)現(xiàn)裝置最大升溫速率優(yōu)于10℃／s,最大降溫速率優(yōu)于-5℃／s。在此最大升降溫速率范圍內(nèi)可在半導(dǎo)體制冷器表面產(chǎn)生任意溫度波形的表面溫度信號。該裝