一種利用頂杆自動錯落排布原理實現三維觸覺紋理構圖的裝置和方法
2023-09-22 05:24:35 3
一種利用頂杆自動錯落排布原理實現三維觸覺紋理構圖的裝置和方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用頂杆自動錯落排布原理實現三維觸覺紋理構圖的裝置和方法，涉及虛擬實境與人機互動領域。其包括以PC機為主體的觸覺處理單元；以高清投影設備為主體的影像單元；以下位機為主體的程控升降單元；以頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置為主體的觸覺再現單元；在PC機上選擇觸覺信息的圖像，並對圖像觸覺信息進行提取後將圖像的視覺信息傳輸給投影設備，將圖像的觸覺信息傳輸給下位機；下位機控制頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置中的頂杆矩陣高度的升降，使頂杆上的幕布實現圖像觸覺信息再現，形成三維紋理圖；投影設備投影視覺信息在幕布上，完成觸覺信息與視覺信息結合，實現圖像的觸覺紋理再現。
【專利說明】一種利用頂杆自動錯落排布原理實現三維觸覺紋理構圖的裝置和方法
【技術領域】
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[0001]本發明涉及虛擬實境與人機互動領域，具體涉及一種利用頂杆自動錯落排布原理實現三維觸覺紋理構圖的裝置和方法。
【背景技術】
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[0002]觸覺作為一種基本的人類感覺，不同於視覺和聽覺，觸覺與嗅覺類似，在處理信息的過程中，更多受主觀感情因素的影響，存在一定的個體差異。也因此，觸覺在人類認知世界中起到了非常特別的作用。相比較視覺和聽覺而言，觸覺再現是發展的比較滯後。直到近十幾年，觸覺再現才開始成為虛擬實境、人機互動領域的研宄熱點。在現有的視覺再現基礎上，加入觸覺信息能夠為人提供更加真實和直觀的交互體驗。目前觸覺再現在盲人教育、遠程醫療等領域有著重要應用作用，隨著技術的逐步成熟，觸覺再現將更多的進入大眾生活中。
[0003]人體皮膚通過四種細胞體Meissner小體、Pacinian小體、Ruff ini』 s觸覺細胞、Mekel』 s觸覺盤和神經網絡來感知外界事物。這四種感受器不均勻的分布在人體皮膚內，感知外界的溫度、溼度、振動，感覺皮膚的形變、伸展、活動等信息。四種感受器各自的感知範圍不同，受到電觸覺的影響也有不同。
[0004]通過查閱大量的現有文獻發現，國內外還很少有涉及的相關大面積觸覺再現技術。日本東京工業大學的kajimoto實驗室一直在研宄基於線繩驅動的大範圍觸覺再現系統，手指必須實時的套在線繩內，交互方式相對不足。本裝置的目的在於實現大小面積可調的觸覺信息再現，與常規的觸覺再現方式相比，本裝置觸覺面積大小可控，交互方式更自然，沉浸感更強。
【發明內容】
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[0005]本發明針對大面積觸覺紋理信息再現的要求，提出一種通過頂杆升降，結合高彈性幕布在平臺上產生真實的三維觸覺紋理再現，再通過投影設備實現觸覺信息與視覺信息結合的裝置和方法。
[0006]為達到上述目的，本發明提出的技術方案主要包括以PC機為主體的觸覺處理單元；以高清投影設備為主體的影像單元；以下位機為主體的程控升降單元；和以頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置為主體的觸覺再現單元。它們的連接關係為:觸覺處理單元同時與影像單元和程控升降單元連結，程控升降單元又與頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置連結，影像單元的聚焦點在覆蓋在頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置的幕布上。
[0007]使用前，在PC機的程序中預設好整個系統運行的邏輯關係，包括，各種圖像目標，頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置的步進步驟和步進尺度等，當系統上電開啟後，使用者可在PC機上在事先設置的菜單中選擇要顯示觸覺信息的圖像，PC機對圖像觸覺信息進行提取。之後將圖像的視覺信息傳輸給投影設備，將圖像的觸覺信息傳輸給下位機。下位機控制頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置中的頂杆矩陣高度的升降，使頂杆上的幕布實現圖像觸覺信息再現，形成三維紋理圖。投影設備投影視覺信息在幕布上，完成觸覺信息與視覺信息結合，實現圖像的觸覺紋理再現。
[0008]而，頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置是本發明的重點之一，它為觸覺再現的實現單元。
[0009]頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置包括:步進電機，支撐架，在支撐面的中心開有通孔，第一面板，第二面板，第三面板，第四面板，第五面板，靜板，靜板電磁鐵矩陣，動板，動板電磁鐵矩陣，頂杆，線性導軌，梯形絲槓，聯軸器，絲槓撐板，支撐外殼，壓力傳感器，傳動軸，和蒂布。
[0010]靜板，由第一面板和第二面板上下疊加固連，且兩個面板之間留有一定間隙，該間隙大於電磁鐵的高度；靜板電磁鐵矩陣，包括三個或三個以上的電磁鐵組成，並固定放置在第二面板上，且與第一面板留有一定間隙；
[0011]動板，由第三面板，第四面板上下疊加固連，且兩個面板之間留有一定間隙，該間隙大於電磁鐵的高度，動板電磁鐵矩陣，主要包括三個或三個以上的電磁鐵，並放置在第四面板上，且與第三面板留有一定間隙；而第五面板上開有若干傳動軸通孔；
[0012]進一步，第一面板，第二面板，第三面板，第四面板，第五面板都開有對應的線性導軌通孔，
[0013]進一步，第一面板，第二面板，第三面板，第四面板上又都開有若干通孔，這些通孔在所述的各個面板上位置呈對應關係布置，
[0014]進一步，這些通孔的位置開設在電磁鐵線程的末端；
[0015]頂杆，本結構中，包括至少三個或三個以上的頂杆，具體數量和靜板、動板上安裝的電磁鐵的數量保持一致，
[0016]線性導軌，為圓柱結構；
[0017]支撐外殼，為上端開口的桶裝結構，在下端中心部開有通孔；
[0018]壓力傳感器；具有防抱死功能，當動板向上運動過程中出現卡死情況時，壓力傳感器會將記錄壓力數據，並傳送給下位機。下位機接收到數據後會置停步進電機運動，防止系統損壞。
[0019]幕布，彈性的高反射率幕布，能夠實現投影設備的高清投影。
[0020]該方法中的其他設備有:
[0021]PC機，使用者的主要操作在PC機上完成，同時PC機實現對圖像觸覺信息的提取，並控制投影儀和下位機的操作；下位機，為頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置的控制模塊，實現對電磁矩陣和步進電機的驅動控制。
[0022]具體連接方式:支撐外殼穿過支撐架的通孔，固定在支撐面的下部，支撐外殼下端安裝有步進電機，步進電機通過支撐外殼下端的通孔與放置支撐外殼內的聯軸器連接，聯軸器同時與絲槓撐板、壓力傳感器和梯形絲槓連接，絲槓撐板的另一端分別與若干傳動軸固連，梯形絲槓的另一端與第五面板的下部固連，第五面板與支撐外殼固連，傳動軸的另一端穿過第五面板上的傳動軸通孔與第四面板的下部固連；線性導軌依次穿過第一面板，第二面板，第三面板，第四面板和第五面板後；將頂杆依次穿過第一面板，第二面板，第三面板，第四面板的通孔，一端處於第五面板和第四面板之間，另一端過第一面板上端，頂杆的數量根據實際需要設定，頂杆上部與帶有彈性的高反射率幕布相連。
[0023]下位機分別與步進電機，靜板電磁鐵矩陣中的任何一個電磁鐵，動板電磁鐵矩陣中的任何一個電磁鐵連接。本發明中所涉及的所有需上電設備都與外圍設備電源連接。
[0024]方法流程為:
[0025]第一步:上電，
[0026]第二步:根據實際需要在pc機中設定頂杆運動步進程序，
[0027]第三步:啟動動板上的動板電磁鐵矩陣，根據pc機預設好的頂杆運動步驟，由下位機控制動板電磁鐵矩陣中指定的電磁鐵，按照要求將電磁鐵的行程端伸出，頂住行程端末端通孔中對應頂杆的側面，
[0028]第四步:下位機給步進電機發出啟動命令，
[0029]第五步:步進電機帶動絲槓轉動，絲槓依次又帶動絲槓撐板、傳動軸上下軸向運動。
[0030]第六步:傳動軸帶動動板沿線性導軌上下軸向運動，同時，帶動被下位機指定的動板電磁鐵矩陣中的電磁鐵頂住的頂杆在動板的牽引下，向上做軸向運動，分多個行程完成，每個行程在步進電機的帶動向上運動一定距離。
[0031]第七步:當完成步驟五中的每個行程時，對所有頂杆的位置進行判斷。某個頂杆的位置到達下位機要求的位置時，下位機命令與動板電磁鐵矩陣中被指定電磁鐵對應的靜板中的電磁鐵矩陣中的電磁鐵將行程端伸出，並頂住其末端通孔中對應的頂杆側面，然後，下位機命令動板電磁鐵矩陣中已指定的電磁鐵解除對對應頂杆的頂死狀態。
[0032]第八步，重複步驟二至步驟七，直到按照pc機設定的程序，將所涉及的頂杆都運行到指定位置，並由靜板中的電磁鐵矩陣中電磁鐵頂死。
[0033]進一步的，在每個行程結束時，壓力傳感器都會將壓力值發回pc機，經過與pc機中的設定閾值進行比較後，如果壓力值在正常範圍內，則，繼續執行下一步，如果壓力值超過正常範圍，則啟動防抱死功能，停止步進電機的進一步工作。
[0034]第九步，在位置固定後的頂杆上，覆蓋有彈性幕布，不同高度的頂杆將幕布頂出一個事先設定好的，在pc機上被選擇執行的三維觸覺圖像，這時投影設備將pc機上被選擇執行的視覺信息投影在與被頂杆頂出，由幕布形成三維觸覺信息上，進而，實現觸覺與視覺相結合迅速再現了設定好的三維場景。
[0035]如果要完成另一幅三維圖像，還原到初始狀態(即所有的頂杆都不能高於靜板)後，則重複步驟二至步驟九。
[0036]有益效果:
[0037]1，頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置通過對頂杆位置的調整和布置，使得形成的各種三維圖像靈活度好，可在短時間內變形的能力增強，觸覺面積大小可根據頂杆設置的數量或在某一特定場景下啟動的頂杆數量而隨意調整；從而，對三維圖像的重構更加方便，快捷，也因為頂杆的動板和靜板的配合，使得三維觸覺紋理結果再現更加穩定。
[0038]2，通過pc機將視覺信息發給投影設備，將觸覺信息發給頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置，然後，控制頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置的頂杆上升至指定位置，最後，再將視覺信息通過投影設備投射到頂杆上方覆蓋的幕布上，形成三維交互圖像，這種交互方式自然和逼真。【專利附圖】
【附圖說明】:
[0039]圖1為本發明一種利用頂杆自動錯落排布原理實現三維觸覺紋理構圖的裝置和方法的工作構成示意圖；
[0040]圖2為本發明中的頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置正面示意圖；
[0041]圖3為本發明的頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置俯視示意圖；
[0042]圖4為本發明的頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置的靜板透視圖；
[0043]圖5為本發明的頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置的動板透視圖；
[0044]圖6為本發明的頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置的的頂杆運動示意圖；
[0045]圖7為本發明的頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置的的電磁鐵運動示意圖；
[0046]包括:1、步進電機，8、支撐架，3、第一面板，4、第二面板，5、第三面板，6、第四面板，7、第五面板，12、靜板，2、靜板電磁鐵矩陣，34、動板，18、動板電磁鐵矩陣，24、頂杆，37、線性導軌，39、梯形絲槓，22、聯軸器，23、絲槓撐板，25、支撐外殼，17壓力傳感器，16、傳動軸，101PC機，102、下位機，103、頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置，107、幕布，104，高清投影設備。
【具體實施方式】
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[0047]以下結合附圖，更進一步的說明本發明設計方案。
[0048]本發明針對目前國內外大面積觸覺再現技術的不足，提出一種更自然，沉浸感更強的觸覺交互裝置。本裝置通過頂杆矩陣再現真實的三維觸覺紋理，並通過投影設備完成視覺信息與觸覺信息的結合。
[0049]圖1為本發明的系統結構示意圖。
[0050]本裝置主要包括以PC機101為主體的觸覺處理單元；以高清投影設備104為主體的影像單元；以下位機102為主體的程控升降單元；和以頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置103為主體的觸覺再現單元。
[0051]它們的具體功能為:PC機101，使用者的主要操作在PC機101上完成，同時PC機實現對圖像觸覺信息的提取，並控制投影儀104和下位機102的操作。下位機102，為頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置的控制模塊，實現對電磁矩陣和步進電機的驅動控制。頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置103，為三維觸覺再現的實現單元。
[0052]當系統上電開啟後，使用者可在PC機101上選擇要顯示觸覺信息的圖像，PC101對圖像觸覺信息進行提取。之後將圖像的視覺信息傳輸給投影設備104，將圖像的觸覺信息傳輸給下位機102。下位機102利用頂杆高度對觸覺信息進行渲染，並控制完成三維力觸覺紋理生成裝置103中頂杆矩陣24高度的升降，使頂杆上的幕布107實現圖像觸覺信息再現，形成三維紋理圖。投影儀104投影視覺信息，完成觸覺信息與視覺信息結合，實現圖像的觸覺紋理再現。
[0053]本發明的重點是頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置103，該裝置包括:
[0054]步進電機1 ;支撐架8，由一個支撐面和一個或一個以上的支撐腿組成，在支撐面的中心開有通孔；第一面板3，第二面板4，第三面板5，第四面板6，第五面板7，其中，第一至第五面板的面積一樣；靜板12，由第一面板3和第二面板4上下疊加，並用螺釘固連，且兩個面板之間留有一定間隙，該間隙大於電磁鐵的高度；靜板電磁鐵矩陣2，包括三個或三個以上的電磁鐵組成，並固定放置在第二面板4上，且與第一面板3留有一定間隙，例子為25個，排列方式:根據實際需要和第二面板的面積進行排列，只要能將所需的電磁鐵數量全部排列在第二面板4上即可；動板34，由第三面板5，第四面板6上下疊加，並用螺釘固連，且兩個面板之間留有一定間隙，該間隙大於電磁鐵的高度；動板電磁鐵矩陣18，包括三個或三個以上的電磁鐵組成，並固定放置在第四面板6上，且與第三面板留有一定間隙，本實施例中的電磁鐵為25個，排列方式:根據實際需要和第四面板的面積進行排列，只要能將所需的電磁鐵數量全部排列在第四面板6上即可；
[0055]進一步，本申請中所提及的電磁鐵都為同一種類型；電磁鐵的驅動端在動板的一側；
[0056]進一步，第一面板3，第二面板4，第三面板5，第四面板6，第五面板7都開有對應的線性導軌37通孔，
[0057]進一步，第一面板3，第二面板4，第三面板5，第四面板6上又都開有若干通孔，這些通孔在所述的各個面板上位置呈對應關係布置，
[0058]進一步的，這些通孔的位置開設在電磁鐵線程的末端；
[0059]進一步，第五面板7上開有4個傳動軸通孔；
[0060]頂杆24，為具有一定硬度的圓柱結構，硬度以能在各個面板的通孔中上下軸向移動，不會變形和折斷為準，本結構中，包括至少三個或三個以上的頂杆24，具體數量和靜板、動板上安裝的電磁鐵的數量保持一致，
[0061]線性導軌37，為圓柱結構；梯形絲槓39，聯軸器22 ;絲槓撐板23 ;支撐外殼25，為上端開口的桶裝結構，在下端中心部開有通孔；壓力傳感器17，具有防抱死功能；傳動軸16，幕布107，彈性的高反射率幕布，能夠實現投影儀的高清投影。
[0062]具體連接方式:支撐外殼25穿過支撐架8的通孔，固定在支撐面的下部，其中支撐外殼25的上端應略高於支撐面，支撐外殼25下端安裝有步進電機1，步進電機1通過支撐外殼25下端的通孔與放置支撐外殼25內的聯軸器22連接，聯軸器同時與絲槓撐板23、壓力傳感器17和梯形絲槓39固連，絲槓撐板23的另一端與四根傳動軸16固連，梯形絲槓39的另一端與第五面板7的下部固連，第五面板7與支撐外殼25固連，傳動軸16的另一端穿過第五面板7上的傳動軸通孔與第四面板6的下部固連；線性導軌37依次穿過第一面板3，第二面板4，第三面板5，第四面板6和第五面板7的線性導軌通孔後，在線性導軌37兩端安裝螺帽固定；這五個面板的面積應大於支撐外殼25上埠的面積；將頂杆24依次穿過第一面板3，第二面板4，第三面板5，第四面板6的通孔，一端處於第五面板7和第四面板6之間，另一端與第一面板3的通孔上端平齊，頂杆24的數量根據實際需要設定，頂杆24上部與帶有彈性的高反射率幕布107相連。
[0063]下位機102分別與步進電機1，靜板電磁鐵矩陣2中的任何一個電磁鐵，動板電磁鐵矩陣18中的任何一個電磁鐵，本發明中的所有上電設備都與外圍設備電源連接。
[0064]工作過程:第一步:上電，
[0065]第二步、根據實際需要在pc機101中設定頂杆運動步驟程序，
[0066]第三步:啟動動板34上的動板電磁鐵矩陣18，根據pc機101設定的頂杆24運動步驟，由下位機1029控制動板電磁鐵矩陣18中指定的電磁鐵，按照要求將其行程端伸出，頂住末端通孔中對應頂杆24的側面，
[0067]第四步:下位機102給步進電機1發出啟動命令，
[0068]第五步:步進電機1帶動絲槓39轉動，絲槓39依次又帶動絲槓撐板23、傳動軸16上下軸向運動。
[0069]第六步:傳動軸16帶動動板34沿線性導軌37上下軸向運動，同時，帶動被下位機102指定的動板電磁鐵矩陣18中的電磁鐵頂死住的頂杆24在動板34的牽引下，向上做軸向運動，分多個行程完成，每個行程在步進電機的帶動向上運動一定距離。
[0070]第七步:當完成步驟五中的每個行程時，對所有頂杆的位置進行判斷。某個頂杆24的位置到達下位機102要求的位置時，下位機102命令與動板電磁鐵矩陣18中被指定電磁鐵對應的靜板中的電磁鐵矩陣2中的電磁鐵將行程端伸出，並頂死住其末端通孔中對應的頂杆24側面，然後，下位機102命令動板電磁鐵矩陣18中已指定的電磁鐵解除對對應頂杆的頂死狀態。
[0071 ] 第八步，重複步驟二至步驟七，直到按照下位機102的指令，將所涉及的頂杆24都運行到指定位置，並由靜板中的電磁鐵矩陣2中電磁鐵頂死。
[0072]第九步，在位置固定後的頂杆上，覆蓋有彈性幕布，不同高度的頂杆將幕布頂出一個事先設定好的，在pc機上被選擇執行的三維觸覺圖像，這時投影設備將pc機上被選擇執行的視覺信息投影在與被頂杆頂出，由幕布形成三維觸覺信息上，進而，實現觸覺與視覺相結合迅速再現了設定好的三維場景。
[0073]進一步的，在每個行程結束時，壓力傳感器都會將壓力值發回控pc機101，經過與pc機101中的設定閾值進行比較後，如果壓力值在正常範圍內，則，繼續執行下一步，如果壓力值超過正常範圍，則啟動防抱死功能，停止步進電機的進一步工作。
[0074]如果要完成另一幅三維圖像，則重複步驟二至步驟九，
[0075]此外，如果，需要用一個頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置呈現面積不同，圖案不同的三維圖像，以實際某選定的三維圖像使用最多的頂杆數量作為參考，並以所有三維圖像成像所需的面積作為動靜板設立面積的參考，進而，可以根據不同的三維圖像要求來調整需要使用的頂杆數量來滿足實際需求。
[0076]本發明包括但不限於以上所提及的實施例，凡是在本發明的精神和原則之下，進行的等同替換，局部變形都視為在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種利用頂杆自動錯落排布原理實現三維觸覺紋理構圖的裝置，其特徵在於:主要包括以PC機(101)為主體的觸覺處理單元，以高清投影設備(104)為主體的影像單元，下位機(102)為主體的程控升降單元，和以頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置(103)為主體的觸覺再現單元，它們的連接關係為:觸覺處理單元同時與影像單元和程控升降單元連結，程控升降單元又與頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置連結，影像單元的聚焦點在覆蓋在頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置的幕布上；而，頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置的結構為: 結構主要組成:步進電機(1);支撐架(8)，第一面板(3)，第二面板(4)，第三面板(5)，第四面板(6)，第五面板(7)，靜板(12)，靜板電磁鐵矩陣(2)，動板(34)，動板電磁鐵矩陣(18)，頂杆(24)，線性導軌(37)，梯形絲槓(39)，聯軸器(22)，絲槓撐板(23)，支撐外殼(25)，壓力傳感器(17)，傳動軸(16)，幕布(107)； 其中，靜板(12)，由第一面板(3)和第二面板(4)上下疊加並固連，且兩個面板之間留有一定間隙，該間隙大於電磁鐵的高度；靜板電磁鐵矩陣(2)，包括三個或三個以上的電磁鐵組成，並固定放置在第二面板(4)上； 動板(34)，由第三面板(5)，第四面板(6)上下疊加並固連，且兩個面板之間留有一定間隙，該間隙大於電磁鐵的高度；動板電磁鐵矩陣(18)，包括三個或三個以上的電磁鐵，並固定放置在第四面板(6)上； 具體連接方式:支撐外殼(25)穿過支撐架(8)固定在支撐面的下部，支撐外殼(25)下端安裝有步進電機(1)，步進電機(1)通過支撐外殼(25)下端的通孔與放置支撐外殼(25)內的聯軸器(22)連接，聯軸器(22)同時與絲槓撐板(23)、壓力傳感器(17)和梯形絲槓(39)固連，絲槓撐板(23)的另一端與四根傳動軸(16)固連，梯形絲槓(39)的另一端與第五面板(7)的下部固連，第五面板(7)與支撐外殼(25)固連，傳動軸(16)的另一端穿過第五面板(7)上的傳動軸(16)通孔與第四面板￠)的下部固連；線性導軌(37)依次穿過第一面板(3)，第二面板(4)，第三面板(5)，第四面板(6)和第五面板(7)的線性導軌通孔後，在線性導軌(37)兩端安裝螺帽固定；將頂杆(24)依次穿過第一面板(3)，第二面板(4)，第三面板(5)，第四面板(6)的通孔，一端處於第五面板(7)和第四面板(6)之間，另一端與第一面板(3)的通孔上端平齊，頂杆(24)的數量根據實際需要設定，頂杆(24)上部與帶有彈性的高反射率幕布(107)相連。
2.根據權利要求1所述的一種利用頂杆自動錯落排布原理實現三維觸覺紋理構圖的裝置，其特徵在於:所述的第一面板(3)，第二面板(4)，第三面板(5)，第四面板(6)上又都開有若干通孔，這些通孔在所述的各個面板上位置呈對應關係布置，且這些通孔的位置開設在電磁鐵線程的末端。
3.根據權利要求1所述的一種利用頂杆自動錯落排布原理實現三維觸覺紋理構圖的裝置，其特徵在於:所述的頂杆(24)為具有一定硬度的圓柱結構，硬度以能在各個面板的通孔中上下軸向移動，不會變形和折斷為準，本結構中，包括至少三個或三個以上的頂杆(24)，具體數量和靜板(12)、動板(34)上安裝的電磁鐵的數量保持一致。
4.根據權利要求1所述的一種利用頂杆自動錯落排布原理實現三維觸覺紋理構圖的裝置，其特徵在於:所提及的電磁鐵都為同一種類型；電磁鐵的驅動端在動板的一側。
5.根據權利要求1所述的一種利用頂杆自動錯落排布原理實現三維觸覺紋理構圖的 目.ο
6.根據權利要求1所述的一種利用頂杆自動錯落排布原理實現三維觸覺紋理構圖的裝置，其特徵在於:支撐架(8)由一個支撐面和一個或一個以上的支撐腿組成，在支撐面的中心開有通孔。
7.根據權利要求1至6所述的一種利用頂杆自動錯落排布原理實現三維觸覺紋理構圖的裝置，其特徵在於:所述的第一至第五面板的面積一樣；而且，第一面板(3)，第二面板(4)，第三面板(5)，第四面板￠)，第五面板(7)都開有對應的線性導軌(37)通孔。
8.一種利用頂杆自動錯落排布原理實現三維觸覺紋理構圖的方法，其特徵在於:當系統上電開啟後，使用者可在PC機(101)上選擇要顯示觸覺信息的圖像，PC機(101)對圖像觸覺信息進行提取，之後將圖像的視覺信息傳輸給投影設備(104)，將圖像的觸覺信息傳輸給下位機(102);下位機(102)利用頂杆高度對觸覺信息進行渲染，並控制完成三維力觸覺紋理生成裝置(103)中頂杆(24)矩陣高度的升降，使頂杆上的幕布(107)實現圖像觸覺信息再現，形成三維紋理圖；投影儀(104)投影視覺信息，完成觸覺信息與視覺信息結合，實現圖像的觸覺紋理再現。
9.根據權利要求8所述的一種利用頂杆自動錯落排布原理實現三維觸覺紋理構圖的方法，其特徵在於: 第一步:上電， 第二步、根據實際需要在pc機(101)中設定頂杆運動步驟程序， 第三步:啟動動板(34)上的動板電磁鐵矩陣(18)，根據pc機(101)設定的頂杆(24)運動步驟，由下位機(102)控制動板電磁鐵矩陣(18)中指定的電磁鐵，按照要求將其行程端伸出，頂住末端通孔中對應頂杆(24)的側面， 第四步:下位機(102)給步進電機⑴發出命令， 第五步:步進電機(1)帶動絲槓(39)轉動，絲槓(39)依次又帶動絲槓撐板(23)、傳動軸(16)上下軸向運動； 第六步:傳動軸(16)帶動動板(34)沿線性導軌(37)上下軸向運動，同時，帶動被下位機(102)指定的動板電磁鐵矩陣(18)中的電磁鐵頂住的頂杆在動板的牽引下，向上做軸向運動，分多個行程完成； 第七步:當完成步驟五中的每個行程時，對所有頂杆(24)的位置進行判斷。某個頂杆(24)的位置到達下位機(102)要求的位置時，下位機(102)命令與動板電磁鐵矩陣(18)中被指定電磁鐵對應的靜板中的電磁鐵矩陣(2)中的電磁鐵將行程端伸出，並頂死住其末端通孔中對應的頂杆(24)側面，然後，下位機(102)命令動板電磁鐵矩陣(18)中已指定的電磁鐵解除對對應頂杆(24)的頂死狀態； 第八步，重複步驟二至步驟七，直到按照下位機(102)的指令，將所涉及的頂杆(24)都運行到指定位置，並由靜板(12)中的電磁鐵矩陣(2)中電磁鐵頂死； 第九步，在位置固定後的頂杆上，覆蓋有彈性幕布，不同高度的頂杆將幕布頂出一個事先設定好的，在pc機上被選擇執行的三維觸覺圖像，這時投影設備將pc機上被選擇執行的視覺信息投影在與被頂杆頂出，由幕布形成三維觸覺信息上，進而，實現觸覺與視覺相結合迅速再現了設定好的三維場景； 進一步的，在每個行程結束時，壓力傳感器都會將壓力值發回控pc機(101)，經過與pc機(101)中的設定閾值進行比較後，如果壓力值在正常範圍內，則，繼續執行下一步，如果壓力值超過正常範圍，則啟動防抱死功能，停止步進電機(1)的進一步工作； 如果要完成另一幅三維圖像，則重複步驟二至步驟九。
10.根據權利要求8或9所述的一種利用頂杆自動錯落排布原理實現三維觸覺紋理構圖的方法，其特徵在於: 如果，需要用一個頂杆式三維力觸覺紋理生成裝置呈現面積不同，圖案不同的三維圖像，以實際某選定的三維圖像使用最多的頂杆數量作為參考，並以所有三維圖像成像所需的面積作為動靜板設立面積的參考，進而，可以根據不同的三維圖像要求來調整需要使用的頂杆數量來滿足實際需求。
【文檔編號】G06F3/01GK104460984SQ201410514220
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】翁冬冬, 王佳斌, 蔡毅, 孫曉穎 申請人:北京理工大學, 長春吉大博碩科技有限責任公司