溫度觸覺(jué)復(fù)現(xiàn)裝置的研制與應(yīng)用.pdf

1、人類(lèi)通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、味覺(jué)、觸覺(jué)和嗅覺(jué)等來(lái)感知世界。觸覺(jué)包括力觸覺(jué)、紋理觸覺(jué)和溫度觸覺(jué)等。力觸覺(jué)和紋理觸覺(jué)在國(guó)內(nèi)外被廣泛研究并已設(shè)計(jì)出許多力觸覺(jué)復(fù)現(xiàn)裝置。溫度觸覺(jué)作為力觸覺(jué)和紋理觸覺(jué)的一種輔助感覺(jué),早期經(jīng)常與力觸覺(jué)、紋理觸覺(jué)結(jié)合在一起研究。隨著科技的進(jìn)步,力觸覺(jué)和紋理觸覺(jué)復(fù)現(xiàn)已不能滿足新時(shí)代虛擬現(xiàn)實(shí)的要求,為進(jìn)一步提高虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的真實(shí)感與沉浸感,溫度觸覺(jué)越來(lái)越受到關(guān)注和重視。國(guó)外在溫度觸覺(jué)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(jué)復(fù)現(xiàn)功能的多覺(jué)復(fù)現(xiàn)裝置,相對(duì)而言國(guó)內(nèi)在溫度觸覺(jué)方面的相關(guān)研究很少。
　　 本文首先對(duì)手指接觸不同熱屬性物體時(shí)手指表面溫度變化的理論模型進(jìn)行理論分析,并對(duì)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(cè)試。在理論和實(shí)踐的基礎(chǔ)上研制了一臺(tái)單熱源溫度觸覺(jué)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(duì)半導(dǎo)體制冷器輸出溫度進(jìn)行閉環(huán)控制,設(shè)計(jì)具有高溫度響應(yīng)速率的紅外溫度傳感電路快速檢測(cè)半導(dǎo)

3、體制冷器表面溫度。而后,對(duì)該裝置的性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)試,并基于所設(shè)計(jì)的單熱源溫度復(fù)現(xiàn)裝置構(gòu)建了溫度觸覺(jué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。為研究人的記憶特性對(duì)溫度觸覺(jué)的影響,設(shè)計(jì)了不同周期溫度三角波識(shí)別實(shí)驗(yàn)。為研究手指是否能通過(guò)本裝置來(lái)區(qū)分不同熱屬性的物體,設(shè)計(jì)了熱屬性識(shí)別實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。測(cè)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(hào)。該裝