[发明专利]用于物理人机交互当中的现实触觉的气动模拟方法

说明书

本发明涉及一种用于物理人机交互当中的现实触觉的气动模拟方法，利用能够紧贴皮肤的具有大弹性模量的硅胶层为底层，在可弹性变形硅胶层间相关特定位置固定着小型气囊，之后可通过高压气体通过气管来实现气囊的快速充、放气，来实现期望目的位置感受到的触感压力；同时通过固定在其上的柔性压力传感器来测量当时由于气囊充气导致的皮肤表面所承受的压强，并对比于当前真实情况下被贴合人体在该位点所本应承受的压强，来反馈调节气囊充气体积与速度，以使所感受到压强达到目标压强，从而实现模拟真实触觉感受，达到实现物理人机交互的效果。

技术领域

本发明涉及人机交互领域，是一种模拟人体所感受到的现实触觉的方法，具体为一种气动模拟现实触觉的方法。

背景技术

目前，人机交互等技术已经在飞行器装配制造、智能设计、虚拟现实等各个领域中均得已逐渐应用。虚拟现实过程中，其主要目的即是给予使用者更加真实的虚拟感受，其中触觉的虚拟是非常重要的一项，其虚拟的真实度取决于使用者皮肤感受到的触感与压力。从理论上讲，触觉仿真时可以根据理论现实理论模型获得的触觉信息，但由于振动电机无法产生由于阻力带来的力与位移，往往导致接触部位感受到不到真实阻力，而仅仅是能产生特定的触感会导致使用感受不真实。

现有某些设备为虚拟现实提供了触觉模拟功能，仅能通过提供不同高频振动来让感受到相应的触感，很难保证到真实的触觉感受；同时，当前虚拟触觉设备普遍存在体积大、不灵活的缺点；并且对设备要求较高。

对比实用新型专利“一种VR手套”(申请号：201720760542.8)，该专利采用液压方式进行触觉模拟，其较振动电机这一类模拟方式已弥补了无法产生力反馈的缺陷，但其本身仍具有反应频响慢，机动性不够好，且油或水等液体本身密度较大，会使使用者感受到充入介质本身的重力影响，严重影响使用者的使用感受与触觉真实度。同时，这类介质本身热容较大，接触皮肤等感觉器官时，会迅速带走皮肤热量等，也会影响使用者感受与真实度。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种用于物理人机交互当中的现实触觉的气动模拟方法。

技术方案

一种用于物理人机交互当中的现实触觉的气动模拟方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：在触觉虚拟位置上放置压力传感器，压力传感器上放置气囊，气囊上设置快速充放气通道和微流量充放气通道，每个通道连接一个气泵；将压力传感器、气囊和通道作为一个整体设备，使整体设备与触觉虚拟位置紧密贴合；

步骤2：通过压力传感器测量当前触觉虚拟位置上所受到的压力F_n，根据触觉虚拟位置所需承受的压强P_r计算对应所需承受的压力F_r，在压力和气囊体积的对应图中查找压力F_n与F_r分别对应的体积V_n与V_r，然后将两个体积作差得到ΔV₁；所述压力和气囊体积的的对应图是根据先验得到；

步骤3：打开快速充放气通道连接的气泵开关，使其处于开放状态，以速度充入或吸出气体，使其达到期望的ΔV₁，通过压力传感器测量此时触觉虚拟位置上所受到的压力F_n′；

步骤4：在压力和气囊体积的对应图中查找压力F_n′与F_r分别对应的体积V_n′与V_r，然后将两个体积作差得到εV₁′，以进行后续精度调节；