CN111596762A - 一种基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置 - Google Patents

一种基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置 Download PDF

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CN111596762A CN202010396150.4A CN202010396150A CN111596762A CN 111596762 A CN111596762 A CN 111596762A CN 202010396150 A CN202010396150 A CN 202010396150A CN 111596762 A CN111596762 A CN 111596762A
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Abstract

本发明涉及一种基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置，其包括用于产生触觉交互所需空间磁场的磁悬浮触觉驱动组件，位于所述空间磁场中且用于感应电磁力并施加于用户手部的磁性力反馈手套，以及用于对所述磁悬浮触觉驱动组件进行智能调节，提高空间磁场性能的磁场智能控制组件。与现有穿戴式磁悬浮触觉技术相比，本发明为穿戴式磁悬浮力反馈装置提出的方案在扩展性、稳定性、舒适度及真实感方面更具优势。

Description

一种基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置
技术领域
本发明涉及穿戴式设备应用领域，尤其涉及一种基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置。
背景技术
穿戴式触觉反馈装置能够让用户通过灵巧的双手操作和灵敏的感知能力更自然、直接地触摸和操作远程或虚拟物体，可显著增强与虚拟场景交互的沉浸感与交互性，是当前触觉交互领域的研究热点。目前，现有穿戴式触觉装置最常用的两种驱动方式是电机驱动与气动，可为用户提供手或手指皮肤触觉反馈，或者动觉模拟(即力反馈)。然而，借助机械传动结构的触觉设备相对笨重，佩戴过程略为繁琐，并且机械传递机构之间存在摩擦，交互体验的真实感与舒适度有待提高。
为了提供直观自然的触觉交互，近五年来国内外研究者借助磁悬浮技术非接触的优势，陆续开展了基于手/手指的磁悬浮触觉交互相关研究。Adel等人及Pedram等人均设计了平面式线圈阵列，通过在手指上佩戴一个带小磁体的指套，实现了单点触觉交互。Zhang等人提出了一种增强磁场强度的线圈阵列设计方法并通过仿真的方式生成了与3D人脸体积数据相对应的磁场。与指套式单点磁悬浮触觉交互相关研究相比，Zhang等人通过仿真生成了特定的3D磁场，考虑了多点力触觉的同时生成，但该研究仍处于建模和仿真阶段。以上基于手/手指的磁悬浮触觉交互研究均仅采用固定的平面线圈布局，所能产生的空间磁场类型有限，这对于包含多种交互对象以及交互方式多样的穿戴式触觉交互应用有一定的局限性，并且以上研究中磁力与线圈电流可能存在病态映射导致触觉反馈不稳定的情形。现有基于磁悬浮技术的触觉反馈方案往往通过在手部(例如手指)佩戴永磁体来实现触觉反馈，这种非柔性的磁性单元(即永磁体)会影响触觉手套的舒适性及触觉再现的真实感。此外，系统在线运行时，外界干扰以及系统运行效率是提高触觉交互体验不可忽视的因素。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
针对现有技术将磁悬浮原理应用于穿戴式触觉交互存在的磁悬浮触觉驱动组件扩展性不强、磁性单元佩戴舒适度不高、以及交互稳定性与真实感亟待提高的问题，本申请提供了一种基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置。
一种基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置，其中，包括用于产生触觉交互所需空间磁场的磁悬浮触觉驱动组件，位于所述空间磁场中且用于感应电磁力并施加于用户手部的磁性力反馈手套，以及用于对所述磁悬浮触觉驱动组件进行智能调节，提高空间磁场性能的磁场智能控制组件。
所述基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置，其中，所述磁悬浮触觉驱动组件包括底座，设置在所述底座上的柔性线圈容器，以及附着在所述柔性线圈容器上的刚性线圈，通过调整所述柔性线圈容器的形状以适配所述刚性线圈的布局。
所述基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置，其中，所述柔性线圈容器包括划分成系列单元的柔性薄膜，每个单元中均填充颗粒材料形成真空腔室，通过调整所述真空腔室的真空度控制所述柔性薄膜的表面形状和机械性能。
所述基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置，其中，所述刚性线圈的布局包括以下步骤：
交互应用需求的表征：分析磁性力反馈手套交互应用的需求特征，得到能够表征不同交互应用需求的关键因素；
优化单个线圈结构参数：以导线直径、绕线匝数、线圈高度为优化变量；以高磁场低功耗为目标设计优化目标函数；考虑刚性线圈的载流范围，设定参数优化的边界条件，采用最优化方法对单个刚性线圈结构的优化模型进行求解；
优化刚性线圈布局参数：以优化后的所述单个刚性线圈结构为基础，以刚性线圈数量、刚性线圈之间的距离、各刚性线圈姿态角为优化变量；结合交互应用需求，以完成一次交互过程刚性线圈功耗最低，以及电流-磁场变换矩阵的伪逆矩阵的条件数最小为目标设计优化目标函数；考虑线圈载流范围和操作空间范围，设定参数优化的边界条件；采用最优化方法对所述刚性线圈布局优化模型进行求解。
所述基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置，其中，所述磁性力反馈手套包括柔性织物，以及设置在所述柔性织物上的柔性磁性单元。
所述基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置，其中，所述柔性磁性单元的制备包括以下步骤：
将软体材料和磁性材料按照预定比例混合，将混合后的混合物加入模具中进行固化处理；
从所述模具中取出柔性磁性单元前驱物，对所述柔性磁性单元前驱物进行充磁，得到所述柔性磁性单元。
所述基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置，其中，所述磁场智能控制组件包括电流驱动单元、数据采集单元以及智能控制单元，所述电流驱动单元用于调整所述磁悬浮触觉驱动组件中刚性线圈的电流；所述数据采集单元用于获取所述磁悬浮触觉驱动组件中刚性线圈中的实际电流以及用户手部收到的实际反馈力；所述智能控制单元用于自适应调整所述磁悬浮触觉驱动组件中刚性线圈的电流。
有益效果：本发明提供的基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置通过磁力悬浮提供驱动力，无需机械传动机构，避免了复杂的机械设计，具有无摩擦、结构紧凑、低延时、无线的特点。与现有穿戴式磁悬浮触觉技术相比，本发明为穿戴式磁悬浮力反馈装置提出的方案在扩展性、稳定性、舒适度及真实感方面更具优势。
附图说明
图1为本发明磁悬浮触觉驱动组件的结构示意图。
图2为本发明磁悬浮触觉驱动组件中柔性线圈容器设计原理示意图。
图3为本发明磁悬浮触觉驱动组件的设计流程图。
图4为本发明磁性力反馈手套的结构示意图。
图5为本发明磁性力反馈手套的柔性磁性单元的制备工艺流程示意图。
图6为本发明基于数据驱动误差补偿的自适应智能控制算法流程示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。
现有基于手或手指的磁悬浮触觉交互研究均仅采用固定的平面线圈布局，所能产生的空间磁场类型有限，这对于包含多种交互对象以及交互方式多样的穿戴式触觉交互应用有一定的局限性，并且现有研究中磁力与线圈电流可能存在病态映射导致触觉反馈不稳定的情形。现有基于磁悬浮技术的触觉反馈方案往往通过在手部(例如手指)佩戴永磁体来实现触觉反馈，这种非柔性的磁性单元(即永磁体)会影响触觉手套的舒适性及触觉再现的真实感。此外，系统在线运行时，外界干扰以及系统运行效率是提高触觉交互体验不可忽视的因素。
基于现有磁悬浮触觉交互装置存在的磁悬浮触觉驱动组件扩展性不强、磁性单元佩戴舒适度不高、以及交互稳定性与真实感亟待提高的问题，本发明实施例提供了一种基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置，其包括用于产生触觉交互所需空间磁场的磁悬浮触觉驱动组件，位于所述空间磁场中且用于感应电磁力并施加于用户手部的磁性力反馈手套，以及用于对所述磁悬浮触觉驱动组件进行智能调节，提高空间磁场性能的磁场智能控制组件。
具体来讲，磁悬浮技术应用于力触觉交互的基本原理是，用户手持或佩戴特制磁性工具(例如磁性手套)在磁悬浮触觉驱动组件(即线圈阵列)产生的有效磁场空间中执行交互操作，通过调整线圈阵列中各线圈电流产生不同强度的磁场，从而施加给用户不同的力触觉反馈。由此可见，在用户执行交互操作过程中，能否产生力触觉再现所需的磁场是影响用户力触觉交互体验的关键。然而，磁性工具上的磁性单元在线圈阵列产生的空间磁场中受到的磁力会随着其与线圈距离的增加而迅速减小，使得单一的线圈布局方式难以满足不同力触觉分布的需求。因此，对于交互对象和交互方式多样化的穿戴式触觉交互而言，将磁悬浮技术用于穿戴式触觉交互最为关键的一环是磁悬浮触觉驱动装置的设计。为了使得磁悬浮穿戴式触觉交互系统对于不同的交互应用具有良好的适应性，本发明设计了具有较强扩展性的磁悬浮触觉驱动组件。
在一些实施方式中，如图1和图2所示，本实施例提供的磁悬浮触觉驱动组件包括底座1，设置在所述底座1上的柔性线圈容器2，以及附着在所述柔性线圈容器2上的刚性线圈3，通过调整所述柔性线圈容器2的形状以适配所述刚性线圈3的布局。所述柔性线圈容器2包括划分成系列单元的柔性薄膜4，每个单元中均填充颗粒材料5形成真空腔室6，通过调整所述真空腔室6的真空度控制所述柔性薄膜4的表面形状和机械性能。
本实施例提供的磁悬浮触觉驱动组件具有刚柔耦合的结构，借鉴软体机器人技术，将粒子干扰(particle jamming)和气动技术相结合来设计柔性线圈容器2。具体来讲，将中空的柔性薄膜4(例如硅树脂膜)划分成一系列单元，在每个单元中填充颗粒材料5，填充了颗粒材料5的柔性薄膜4在真空作用下其刚度会发生改变。因此，通过调整腔室6的真空度，可控制柔性薄膜4的表面形状和机械性能，当线圈阵列调整到所需状态时，所述柔性线圈容器2呈现刚性用来支撑所述刚性线圈3。
值得注意的是，图1中仅给出了刚性线圈的其中一种排布方式，刚性线圈3的个数及各个刚性线圈3的位姿是根据不同的交互应用需求来确定的。通过图2所示的设计原理制作柔性线圈容器2，每一个柔性线圈容器2单独控制一个刚性线圈的姿态。因此，本实施例设计的刚柔耦合结构便于灵活调整刚性线圈姿态，得到不同排布方式的线圈阵列，能够产生不同类型的磁场空间，体现了提出的基于磁悬浮的穿戴式力反馈装置能适应不同的交互应用需求，具有较强扩展性的优势。
本发明前期对由多个刚性线圈组成的线圈阵列所产生的空间磁场进行了仿真分析，结果显示线圈阵列产生的磁场分布与各刚性线圈摆放方式密切相关。由此，对于某一交互应用而言，需要设计适应其交互需求的线圈阵列排布方式。
如图3所示，本发明按照首先对穿戴式触觉交互应用需求进行表征，然后根据交互应用需求对磁悬浮触觉驱动组件中的单个刚性线圈结构及刚性线圈布局进行优化求解，最后根据图2中的设计原理对所述柔性线圈容器进行调整得到满足交互应用需求的磁悬浮触觉驱动组件。
在一些实施方式中，对于穿戴式触觉交互应用需求的表征，本实施例首先构建包含交互对象的虚拟场景；然后用户佩戴数据手套触摸/操作虚拟场景中的物体，实时记录整个交互过程中手部关键位置信息(即磁性力反馈手套上磁性单元所在位置)及这些位置的受力情况，整个交互过程应确保遍布整个交互对象；最后对记录数据进行分析，得到整个交互过程的最大反馈力、操作空间范围以及反馈力-位置对应关系，作为该交互应用的需求。
在一些实施方式中，对于磁悬浮触觉驱动组件中的单个刚性线圈结构的优化求解，本实施例以导线直径、绕线匝数、线圈高度为优化变量；以高磁场低功耗为目标设计优化目标函数；考虑刚性线圈的载流范围，设定参数优化的边界条件，最后借助科学计算软件采用最优化方法对单个刚性线圈结构的优化模型进行求解，得到单线圈的结构参数。
在一些实施方式中，对于磁悬浮触觉驱动组件中刚性线圈布局的优化求解，以优化后的所述单个刚性线圈结构为基础，以刚性线圈数量、刚性线圈之间的距离、各刚性线圈姿态角为优化变量；结合交互应用需求，以完成一次交互过程刚性线圈功耗最低，以及电流-磁场变换矩阵的伪逆矩阵的条件数最小为目标设计优化目标函数；考虑线圈载流范围和操作空间范围，设定参数优化的边界条件；采用最优化方法对所述刚性线圈布局优化模型进行求解。
具体来讲，由于穿戴式触觉交互通常涉及多个接触点，实现多点力触觉反馈需要多个线圈共同提供空间磁场，这就需要如何对多个线圈进行合理布局以满足交互应用需求。由电磁学原理可知，多个线圈在空间中产生的磁场是各个线圈在空间中产生磁场的矢量叠加。假设一个线圈阵列由n个线圈组成，则其在空间中某处(S点)产生的总磁场Bs＝B1+B2+L+Bn。此外，各线圈激发的磁场和线圈中的电流成正比，即：Bi＝ASiIi，其中ASi为第i个线圈在S点产生磁场的线性系数，即电流-磁场变换矩阵，Ii表示第i个线圈中加载的电流大小。由此n个线圈在空间中S点处的x,y,z三个坐标轴方向上产生的磁感应强度分量表示为：
Figure BDA0002487649930000091
其中ASix,ASiy,ASiz分别表示第i个线圈在S点处产生磁场的线性系数在x,y,z三个方向上的分量。由此，对于某一应用需求，可通过计算电流-磁场变换矩阵AS的伪逆求解出各线圈需加载的电流，即：
[I1,I2,L,In]T＝AS +·[Bsx,Bsy,Bsz]T。
线圈布局(即各线圈的位置和姿态)确定之后，其在空间S点处产生的磁场对应的电流-磁场变换矩阵AS也是确定的。因此，对于某一交互应用而言，线圈布局决定了各线圈需要加载的电流。为了减少交互过程中的功率消耗，本发明在构建线圈布局优化求解模型时考虑以完成一次交互过程线圈功耗最低为优化目标。此外，如果线圈布局不合理，通过AS求伪逆AS +计算的电流将出现病态的情况，例如求解出的电流有可能比较大，不便于线圈电流调节，引起触觉交互不稳定的问题。由此，线圈布局是决定力触觉交互稳定性的关键因素，尤其涉及多点力触觉反馈时，总的电流-磁场变换矩阵A的规模变大，更需要合理布局线圈，才能保证触觉交互的稳定性。矩阵条件数用于表征矩阵计算对于误差的敏感性，矩阵的条件数越大，数值稳定性越差，相反数值稳定性越好。基于此，本发明在构建线圈布局优化求解模型时考虑以伪逆矩阵A+的条件数最小为优化目标。
在一些实施方式中，由于现有基于磁悬浮技术的触觉反馈方案往往通过在手部(例如手指)佩戴永磁体来实现触觉再现，这种非柔性的磁性单元(即永磁体)会影响磁性力反馈手套的舒适性及力反馈的真实感。为了提供多点力反馈并磁性力反馈手套的舒适性及力反馈的真实感，本实施例提供了一种磁性力反馈手套，如图4所示，其包括柔性织物8，以及设置在所述柔性织物8上的柔性磁性单元7。具体来讲，针对现有磁悬浮力反馈手套/指套舒适度不强的问题，本实施例将软体材料和磁性材料进行混合制作柔性磁性单元，采用该方案制作的磁性力反馈手套不仅在舒适度方面具有优势，还具有质量轻的特点，更便于佩戴。
在一些实施方式中，所述柔性磁性单元的制备包括以下步骤：将软体材料和磁性材料按照预定比例混合，将混合后的混合物加入模具中进行固化处理；从所述模具中取出柔性磁性单元前驱物，对所述柔性磁性单元前驱物进行充磁，得到所述柔性磁性单元，其中，所述固化处理的温度为50-80℃，固化时间为4-8h。
具体来讲，对于柔性磁性单元的制作，软体材料和磁性材料的质量比会影响磁性单元的柔软度及磁性强度，所述软体材料选自Dragon skin、Eco flex或PDMS(聚二甲基硅氧烷)中的一种，但不限于此；所述磁性材料选自铷铁硼或四氧化三铁中的一种，但不限于此。
在一些具体的实施方式中，通过对比不同软体材料与不同磁性材料混合所得柔性磁性单元7的柔软度及磁性强度的差异，来确定柔性磁性单元7的选材。磁性力反馈手套的柔性磁性单元的制备工艺如图5所示：首先将软体材料9(例如PDMS)和磁性材料10(例如铷铁硼磁粉，磁粉的不同配比用于调节柔性磁性单元的磁场强度)按照一定的比例充分搅拌混合；接着将搅拌均匀的混合物11倒入模具12中；随后将模具12放入真空加热箱13中排出气泡并加热固化；最后在一定温度(例如60摄氏度)下固化若干小时(例如5小时)后，将柔性磁粉单元7从模具12中脱模取出，并将其在充磁机上进行充磁，得到具有一定磁极分布的柔性磁性单元7。
在一些实施方式中，在执行触觉交互过程中，磁悬浮触觉驱动组件长期运行会引起线圈电阻增加，导致线圈实际电流与目标电流有所偏差。此外，磁悬浮系统易受外界环境的干扰，并且由于加工工艺等问题会引起仿真得到的反馈力与电流之间的映射关系与实际有所偏差。为了提高穿戴式磁悬浮触觉交互的沉浸感，本发明实施例提供了一种磁场智能控制组件，其包括电流驱动单元、数据采集单元以及智能控制单元，所述电流驱动单元可采用H桥驱动方式，用于调整所述磁悬浮触觉驱动组件中刚性线圈的电流，为了满足力反馈对高更新频率(1kHz)的需求，可选择FPGA高性能计算平台作为主控单元；所述数据采集单元用于获取所述磁悬浮触觉驱动组件中刚性线圈中的实际电流以及用户手部收到的实际反馈力，可将采样电阻与线圈串联，通过检测采样电阻两端的电压计算得到线圈中的实际电流；对于实际反馈力的采集，可将薄膜压力传感器或者电子皮肤器件集成到磁性力反馈手套上实时测量用户手部关键部位获得的反馈力；所述智能控制单元用于自适应调整所述磁悬浮触觉驱动组件中刚性线圈的电流，获得高精度的磁场，从而为用户提供精确鲁棒的反馈力。
在一些实施方式中，对于智能控制单元，本实施例提出基于数据驱动误差补偿的自适应智能控制算法，该算法的实现流程如图6所示。对于某一交互应用需求，设定目标反馈力为F1,F2,L,Fm，根据优化所得磁悬浮触觉驱动组件中的线圈布局方式，首先通过反馈力与电流的映射关系计算各线圈需要加载的目标电流值，接着按照以下步骤实现反馈力的精确控制：
步骤1：采用智能PID控制算法实时调节线圈电流，根据电流检测单元实时采集的线圈实际电流与目标电流的误差情况，对PID控制算法中的比例、微分、微分系数进行自适应整定，得到具有自适应参数PID控制算法，用于线圈电流的智能调节；
步骤2：利用反馈力采集单元获取实际力反馈信息，根据反馈力误差信息与误差补偿量的历史数据，采用数据驱动方法建立用于反馈力误差补偿的学习模型；
步骤3：采用步骤2训练所得基于数据驱动的误差补偿模型对当前时刻反馈力误差的补偿量进行预测，并采用预测所得的补偿量对智能PID控制器的被控量(即目标电流)进行修正，转步骤1。通过本实施例提出的基于数据驱动误差补偿的自适应智能控制算法，能有效提高力反馈的真实感。
综上所述，与现有穿戴式磁悬浮触觉技术相比，本发明为穿戴式磁悬浮力反馈装置提出的方案在扩展性、稳定性、舒适度及真实感方面更具优势。具体地，现有基于磁悬浮的穿戴式力反馈装置，未充分考虑线圈布局对电流有效解的影响，可能存在无法同时稳定产生多点力反馈的情形。与之相比，本发明提出的基于刚柔耦合磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置，通过根据交互应用需求对单线圈的结构参数及线圈布局进行优化求解，并设计了可对线圈布局进行动态调整的刚柔耦合线圈阵列，不仅可有效避免线圈电流的病态求解，还提高了整个装置的扩展性，使其能够用于不同交互需求的应用。现有借助机械传动结构的穿戴式力反馈装置相对笨重，佩戴过程略为繁琐，并且机械传递机构之间存在摩擦，交互体验的真实感与舒适度有待提高；与之相比，本发明提出的基于刚柔耦合磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置，通过磁力悬浮提供驱动力，无需机械传动机构，避免了复杂的机械设计，具有无摩擦、结构紧凑的特点。现有采用气动方式研制的穿戴式力反馈装置延时大，需要集成管路等辅助设备，难以实现无线的形式；与之相比，本发明提出的基于刚柔耦合磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置，具有低延时、无线的优势。现有基于磁悬浮的穿戴式力反馈装置，往往通过在手部(例如手指)佩戴永磁体来实现力反馈，影响佩戴的舒适性；与之相比，本发明提出的基于刚柔耦合磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置，柔性磁性单元的设计能够提高力反馈佩戴的舒适度，并且手套整体质量较轻。此外，本发明提出的基于数据驱动误差补偿的自适应智能控制算法，能有效提高力反馈的真实感。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置，其特征在于，包括用于产生触觉交互所需空间磁场的磁悬浮触觉驱动组件，位于所述空间磁场中且用于感应电磁力并施加于用户手部的磁性力反馈手套，以及用于对所述磁悬浮触觉驱动组件进行智能调节，提高空间磁场性能的磁场智能控制组件。
2.根据权利要求1所述基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置，其特征在于，所述磁悬浮触觉驱动组件包括底座，设置在所述底座上的柔性线圈容器，以及附着在所述柔性线圈容器上的刚性线圈，通过调整所述柔性线圈容器的形状以适配所述刚性线圈的布局。
3.根据权利要求2所述基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置，其特征在于，所述柔性线圈容器包括划分成系列单元的柔性薄膜，每个单元中均填充颗粒材料形成真空腔室，通过调整所述真空腔室的真空度控制所述柔性薄膜的表面形状和机械性能。
4.根据权利要求2所述基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置，其特征在于，所述刚性线圈的布局包括以下步骤：
交互应用需求的表征：分析磁性力反馈手套交互应用的需求特征，得到能够表征不同交互应用需求的关键因素；
优化单个线圈结构参数：以导线直径、绕线匝数、线圈高度为优化变量；以高磁场低功耗为目标设计优化目标函数；考虑刚性线圈的载流范围，设定参数优化的边界条件，采用最优化方法对单个刚性线圈结构的优化模型进行求解；
优化刚性线圈布局参数：以优化后的所述单个刚性线圈结构为基础，以刚性线圈数量、刚性线圈之间的距离、各刚性线圈姿态角为优化变量；结合交互应用需求，以完成一次交互过程刚性线圈功耗最低，以及电流-磁场变换矩阵的伪逆矩阵的条件数最小为目标设计优化目标函数；考虑线圈载流范围和操作空间范围，设定参数优化的边界条件；采用最优化方法对所述刚性线圈布局优化模型进行求解。
5.根据权利要求1所述基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置，其特征在于，所述磁性力反馈手套包括柔性织物，以及设置在所述柔性织物上的柔性磁性单元。
6.根据权利要求5所述基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置，其特征中在于，所述柔性磁性单元的制备包括以下步骤：
将软体材料和磁性材料按照预定比例混合，将混合后的混合物加入模具中进行固化处理；
从所述模具中取出柔性磁性单元前驱物，对所述柔性磁性单元前驱物进行充磁，得到所述柔性磁性单元。
7.根据权利要求1所述基于磁悬浮驱动的穿戴式力反馈装置，其特征在于，所述磁场智能控制组件包括电流驱动单元、数据采集单元以及智能控制单元，所述电流驱动单元用于调整所述磁悬浮触觉驱动组件中刚性线圈的电流；所述数据采集单元用于获取所述磁悬浮触觉驱动组件中刚性线圈中的实际电流以及用户手部收到的实际反馈力；所述智能控制单元用于自适应调整所述磁悬浮触觉驱动组件中刚性线圈的电流。
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