CN105739698A - 一种触觉感知数据手套 - Google Patents

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方斌
杨豪琳
孙富春
刘华平
张豪
李强
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Abstract

本发明涉及一种触觉感知数据手套，属于人机交互设备技术领域。该触觉感知数据手套包括15片手指触觉传感器和1片手掌触觉传感器，且都为多阵列柔性触觉传感器，通过微处理器采集人手操作中的触觉信息，在中央处理器实时显示触觉压力变化情况，同时实现压力感知情况、接触物软硬程度、分辨物体形状以及表面材质等功能。本数据手套系统穿戴方便，能有效反映人手的触觉信息，并实现了识别功能，能应用于人机交互、遥操作、康复监测等多种领域。

Description

一种触觉感知数据手套
技术领域
本发明涉及一种触觉感知的数据手套，属于人机交互设备技术领域。
背景技术
数据手套在各种现实场景中都有着广泛的应用。在虚拟现实领域，通过手套可以让人在虚拟场景实现各种抓取、移动、捏抱或固定物体等操作；在机器人领域，虽然近十几年来机械手技术快速发展，不断的朝着智能化方向发展，但是迄今为止其智能化程度还远远未达到拟人化的水平，仍然需要人为对其进行不断的学习和训练来达到类人操作的目的，数据手套就是一种用于对其进行训练学习的工具。
发明内容
本发明的目的是提出一种触觉感知的数据手套，以还原人手操作过程的触觉感知。
1、一种触觉感知数据手套，其特征在于该手套包括：
十五个手指触觉传感器，用于测量手指的触觉压力，手指触觉传感器为圆片式，每三个手指触觉传感器成为一组，五组手指触觉传感器分别贴在手套的三个手指关节表面，手指触觉传感器为多阵列的触觉传感器，通过信号线将所有手指触觉传感器的压力值传给微处理器；
一个手掌触觉传感器，用于测量手掌的触觉压力，手掌触觉传感器为矩形，贴在手套的掌面，手掌触觉传感器为多阵列的触觉传感器，通过信号线将手掌触觉传感器的压力值传给微处理器；
微处理器，用于采集手指触觉传感器和手掌触觉传感器的触觉压力信号，并实时通过无线模块将采集信号发送到中央处理器，电源为微处理器和无线传输模块供电，电源、微处理器、无线传输模块一起穿戴在手腕上；
中央处理器，用于接收手指触觉传感器和手掌触觉传感器的触觉压力信号，对手指触觉传感器和手掌触觉传感器的触觉压力信号进行分析，实现人手操作中的压力感知、接触物软硬程度识别、物体形状分辨以及表面材质识别，其中，物体识别包括：局部形状识别、硬度分析和表面材质识别。
本发明提出一种触觉感知数据手套系统，可以实现压力感知、接触物软硬程度、物体形状以及表面材质。本发明的穿戴系统可以远距离传输并直观显示，能应用于人机交互、遥操作、机器人经验学习等多种领域。
附图说明
图1是本发明提出的触觉感知数据手套的结构框图。
图2是本发明的触觉感知数据手套的结构示意图。
图2中，1是手指触觉传感器，2是手掌触觉传感器，3是信号线，4是无线传输模块，5是微处理器，6是电源，7是中央处理器。
具体实施方式
本发明提出的触觉感知数据手套，其流程框图如图1所示，其结构框图如图2所示，包括：
十五个手指触觉传感器1，用于测量手指的触觉压力，手指触觉传感器为圆片式，每三个手指触觉传感器成为一组，五组手指触觉传感器分别贴在手套的三个手指关节表面，手指触觉传感器为多阵列的触觉传感器，通过信号线将所有手指触觉传感器的压力值传给微处理器；
一个手掌触觉传感器2，用于测量手掌的触觉压力，手掌触觉传感器为矩形，贴在手套的掌面，手掌触觉传感器为多阵列的触觉传感器，通过信号线3将手掌触觉传感器2的压力值传给微处理器5；
微处理器5，用于采集手指触觉传感器1和手掌触觉传感器2的触觉压力信号，并实时通过无线模块4将采集信号发送到中央处理器7，电源6为微处理器5和无线传输模块4供电，电源6、微处理器5、无线传输模块4一起穿戴在手腕上；
中央处理器7，用于接收手指触觉传感器1和手掌触觉传感器2的触觉压力信号，实时显示压力变化情况，同时对手指触觉传感器1和手掌触觉传感器2的触觉压力信号进行分析，实现人手操作中的压力感知、接触物软硬程度识别、物体形状分辨以及表面材质识别，其中，物体识别包括：局部形状识别、硬度分析和表面材质识别。
以下结合附图，介绍本发明提出的触觉感知数据手套的工作过程：触觉感知数据手套中，触觉传感器包括手指触觉传感器1和手掌触觉传感器2，如图2所示，手指触觉传感器1为圆片式，三个为一组，分别贴在手套的三个手指关节表面，手掌触觉传感器2为矩形，贴在手套的掌面。手指触觉传感器1和手掌触觉传感器2都为多阵列的触觉传感器，能精细得到触觉压力分布情况，且灵敏度高。手指触觉传感器1和手掌触觉传感器2通过连接线3将触觉压力值传给微处理器5。
微处理器5，对手指触觉传感器1和手掌触觉传感器2进行信号采集，输出触觉压力值，并通过无线传输模块4传输给PC端。同时电源6为微处理器和无线传输模块4供电，一起穿戴在手腕上。
中央处理器7，对手指和手掌的触觉信息进行分析，并实时显示手操作中触觉的变化情况，同时实现滑觉检测、形状检测、硬度分析、表面材质分析等功能，具体实现过程如下：
滑觉检测:对物体的触觉序列进行哈尔小波变换并对高频成分进行重构，重构的高频成分呈现出两两大小相等符号相反的相反数对的规律。当物体与传感器之间发生相对滑动时，高频成分中的相反数对的变化趋势为由正到负；其他情况，相反数对的变化趋势为由负到正。详见附图。由此规律，便可以对滑动进行检测。同时，多阵列传感器在与物体接触的过程中能感知接触面的力场分布。在滑动过程中，通过力场分布的变化趋势，可以由此得到物体相对于传感器的滑动方向。
形状检测：多阵列传感器能感知接触面的力场。若物体面积小于传感器面积，则可以通过传感器产生数据的形状来判断物体整体的形状；若物体面积大于传感器面积，则物体与传感器接触的局部面积也可以通过数据形状来检测出局部的形状。
硬度分析：不同硬度的物体决定了是否可以对物体进行挤压操作以及对其挤压的程度。通过对物体进行一定力度的挤压，并根据多阵列传感器感知的力场变化，可以对物体进行硬度等级划分。
表面材质分析：不同的物体表面材质在与传感器发生相对滑动时，所产生的振动频率因物而异，通过划分不同振动阈值，可判断不同表面材质。

Claims (1)

1.一种触觉感知数据手套，其特征在于该手套包括：
十五个手指触觉传感器，用于测量手指的触觉压力，手指触觉传感器为圆片式，每三个手指触觉传感器成为一组，五组手指触觉传感器分别贴在手套的三个手指关节表面，手指触觉传感器为多阵列的触觉传感器，通过信号线将所有手指触觉传感器的压力值传给微处理器；
一个手掌触觉传感器，用于测量手掌的触觉压力，手掌触觉传感器为矩形，贴在手套的掌面，手掌触觉传感器为多阵列的触觉传感器，通过信号线将手掌触觉传感器的压力值传给微处理器；
微处理器，用于采集手指触觉传感器和手掌触觉传感器的触觉压力信号，并实时通过无线模块将采集信号发送到中央处理器，电源为微处理器和无线传输模块供电，电源、微处理器、无线传输模块一起穿戴在手腕上；
中央处理器，用于接收手指触觉传感器和手掌触觉传感器的触觉压力信号，实时显示压力变化情况，同时对手指触觉传感器和手掌触觉传感器的触觉压力信号进行分析，实现人手操作中的压力感知、接触物软硬程度识别、物体形状分辨以及表面材质识别，其中，物体识别包括：局部形状识别、硬度分析和表面材质识别。
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