[发明专利]一种手部触感参数的采集及模拟还原系统和方法

权利要求书

1.基于手部触感参数的采集及模拟还原系统的手部触感参数的采集及模拟还原方法，所述手部触感参数的采集及模拟还原系统包括手部姿态及触感参数采集模块、数据交换模块和手部触感参数还原模块，所述手部姿态及触感参数采集模块包括第一微处理器以及分别与之连接的第一手部姿态传感器、温度传感器、压力传感器和第一无线通信单元，所述数据交换模块包括第二微处理器以及分别与之连接的数据存储单元和第二无线通信单元，所述手部触感参数还原模块包括第三微处理器以及分别与之连接的第二手部姿态传感器、D/A转换器和第三无线通信单元，手部触感参数还原模块还包括微电流电极和发热电阻丝，微电流电极和发热电阻丝经D/A转换器与第三微处理器相连；数据交换模块分别与手部姿态及触觉参数采集模块和手部触感参数还原模块分别建立无线通信；所述第一手部姿态传感器和第二手部姿态传感器包括多个贴片式弯曲度传感器，这些贴片式弯曲度传感器分别设置在用户的手指和手掌上，通过采集手部各个位置的弯曲度数据来表征手部姿态数据；

其特征在于，所述手部触感参数的采集及模拟还原方法包括以下步骤：

(1)用户使用手部进行实物触摸，手部姿态及触感参数采集模块采集手部的弯曲度数据以及触摸面的温度、压力数据；

(2)手部姿态及触感参数采集模块将采集到的数据通过无线通信发送给数据交换模块；

(3)数据交换模块根据接收到的手部弯曲度数据，采用手部姿态特征提取算法得到手部姿态特征；

(4)数据交换模块根据采集到的触摸面压力数据，采用痛觉等级划分算法计算痛觉等级；

(5)数据交换模块将手部姿态特征与对应的温度数据、痛觉等级进行打包，将数据包保存在数据存储单元中；

(6)用户做出预定的触摸动作，手部触感参数还原模块采集手部的弯曲度数据；

(7)手部触感参数还原模块将采集到的手部弯曲度数据通过无线通信发送给数据交换模块；

(8)数据交换模块根据采集到手部弯曲度数据，采用手部姿态特征提取算法得到手部姿态特征；

(9)采用特征匹配算法，将步骤(8)得到的手部姿态特征与数据存储单元中保存的各数据包中的手部姿态特征进行匹配，得到匹配结果；

(10)数据交换模块从数据存储单元中调取与步骤(8)得到的手部姿态特征相匹配的数据包，发送给手部触感参数还原模块；

(11)手部触感参数还原模块释放接收到的数据包，根据数据包中的温度数据驱动发热电阻丝产生相应的温度，实现对温度参数的模拟；同时根据数据包中的痛觉等级，采用微电流流量控制算法驱动微电流电极释放相应的微电流，从而实现对触压觉和痛觉的模拟。

2.根据权利要求1所述手部触感参数的采集及模拟还原方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述手部姿态特征提取算法为，在手部设有n个贴片式弯曲度传感器，每个贴片式弯曲度传感器采集弯曲度信号组成弯曲度向量α＝(x₁,x₂,...,x_n)，x_i为第i个贴片式弯曲度传感器采集的弯曲度信号，i＝1,2,…,n；对同一个动作进行m次采集，得到m组弯曲度向量，对m组弯曲度向量求平均，得到手部姿态特征向量β：

上式中，α_j为第j组弯曲度向量。

3.根据权利要求1所述手部触感参数的采集及模拟还原方法，其特征在于：在步骤(4)中，所述痛觉等级划分算法的步骤如下：

(a)计算痛觉临界电压u₀：

上式中，P₀为痛觉阈值，P₀＝5.02×10⁴Pa，S₀为单个压力传感器的有效感压面积，k为单个压力传感器所受压力值与压力传感器采样电压的比例系数；

(b)根据痛觉临界电压u₀计算痛觉分级函数C：

上式中，u_m为压力传感器的采样电压，λ为设定的系数；

(c)计算8个痛觉判决门限J_s：

(d)将痛觉分级函数C与8个痛觉判决门限J_s进行比较，当J_s≤C＜J_s+1，则判断痛觉等级为s。