[发明专利]基于MEMS的仿真毛笔测力装置

说明书

技术领域

本发明属于虚拟绘制技术领域，特别是涉及一种基于MEMS的仿真毛笔测力装置。

背景技术

1988年Chong-ming Shi等在文献“Chong-ming Shi et al.An input method of calligraphic characters using pressure sensing pen[C]//Proc.of IEEE Systems,Man,and Cybermatics.1988,(1):369-372.”中采用一种压力感应笔进行虚拟绘制，此压力感应笔通过反射式红外传感器和反射器利用位移和电压的线性关系计算位移，利用胡克定律计算压力感应笔的压力大小，用户可以感受书写过程中笔的受力，由此控制虚拟绘制过程，但此压力感应笔由线圈、弹簧等构成，机械结构复杂，与计算机之间通过有线连接，操作不方便。Jeng-sheng等在文献“Jeng-sheng,et al.On the effects of haptic display in brush and ink simulation for Chinese painting and calligraphy[C]//10th Pacific Conference on Computer Graphics and Application(PG02).IEEE,2002.10:439-441.”中采用了一种6自由度的Phantom Desktop力反馈设备，使用户感受虚拟绘制过程中毛笔的反馈力，并完成虚拟绘制，但此力反馈设备运动范围有限，使用不方便。2008年，孙美君在文献“孙美君.中国水墨画仿真中毛笔模型的研究与设计[D].天津大学，2005.”中提出了一种3D实用毛笔模型仿真方法，通过Wacom公司的Intuos2数位板和压力感应笔实现虚拟绘制，此压力感应笔通过电磁感应实现1024级压力感应。但在以上三种虚拟绘制系统中运笔位置和显示分离，这与实际书写过程不符，影响使用者艺术水平的发挥，不能满足虚拟绘制的要求。

发明内容

本发明提供了一种基于MEMS的仿真毛笔测力装置，该装置实现对仿真毛笔受力实时检测，完成虚拟绘制。

本发明的技术方案是：

一种基于MEMS的仿真毛笔测力装置，包括仿真毛笔笔头、基于MEMS的力/力矩传感器、无线传输设备、仿真毛笔笔杆和蓄电池。基于MEMS的力/力矩传感器是本装置的测力元件，实时检测仿真毛笔所受力与力矩的大小和方向，安装在仿真毛笔笔头根部，直接与仿真毛笔笔头相连；无线传输设备在仿真毛笔和平板电脑之间进行数据无线传输，安装在仿真毛笔笔杆中，与基于MEMS的力/力矩传感器相连接；蓄电池是该装置的电源，位于仿真毛笔笔杆的顶端；仿真毛笔笔头具有真实毛笔笔头的特性，受力产生变形并将仿真毛笔笔头受力传递到基于MEMS的力/力矩传感器。

本发明的有益效果是：利用该装置实时检测虚拟绘制过程中仿真毛笔笔头的受力情况，控制虚拟毛笔笔头变形，完成虚拟绘制，可真实再现实际绘制过程。由于采用MEMS技术，该装置体积小、重量轻。该装置携带方便、操作简单。

附图说明

附图是本发明的剖面结构示意图。

图中：1仿真毛笔笔头；2基于MEMS的力/力矩传感器；3无线传输设备；

4仿真毛笔笔杆；5蓄电池。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图，详细叙述本发明的具体实施方式。

如附图所示，该装置包括仿真毛笔笔头1、基于MEMS的六维力/力矩传感器2、无线传输设备3、仿真毛笔笔杆4和蓄电池5。基于MEMS的六维力/力矩传感器2是本装置的测力元件，实时检测仿真毛笔所受力与力矩的大小和方向，安装在仿真毛笔笔头1根部，直接与仿真毛笔笔头1相连；无线传输设备3在仿真毛笔和平板电脑之间进行数据无线传输，安装在仿真毛笔笔杆4中，与基于MEMS的六维力/力矩传感器2相连接；蓄电池5是该装置的电源，位于仿真毛笔笔杆4的顶端；仿真毛笔笔头1具有真实毛笔笔头的特性，受力产生变形并将仿真毛笔笔头1受力传递到基于MEMS的六维力/力矩传感器2。

用户使用仿真毛笔在平板电脑上进行虚拟绘制，仿真毛笔笔头受力产生变形，基于MEMS的六维力/力矩传感器直接检测出仿真毛笔受力信息，该信息通过无线传输设备传输到平板电脑，控制虚拟毛笔变形，完成虚拟绘制。