基于电磁场控制的力觉和触觉融合再现装置和方法

摘要

本发明提供的基于电磁场控制的力觉和触觉融合再现装置和方法，基于电磁场控制原理，在绕有线圈的立方箱体中产生大小和方向都可控的三维背景电磁场；使用带有磁性模块的穿戴式手套，其掌心处的电磁铁模块用于力觉再现，手指指端处的电磁铁模块用于纹理触觉再现，各磁性模块与三维背景磁场进行交互；同时通过实时检测人手部三维位置信息，控制人手部相应位置磁性模块处电磁作用力的变化；本发明所设计的装置以及力觉和触觉融合再现方法,创新地实现了力觉和触觉融合的、多点交互的、非接触式的新型力觉和触觉融合再现。

主权项

一种基于电磁场控制的力觉和触觉融合再现装置，其特征在于：包含立方箱体，螺线管线圈，三维背景磁场驱动和控制模块、电源模块、带磁性模块的穿戴式手套、磁性模块的驱动和控制模块、摄像头组模块和人手三维位置检测系统；所述立方箱体，其中一个面上开有一个操作孔，箱体的其它五个面封闭；所述立方箱体外表面绕有螺线管线圈；所述三维背景磁场驱动和控制模块，包含第一微控制器系统、螺线管线圈驱动电路和第一无线通讯模块，所述第一微控制器系统通过螺线管线圈驱动电路驱动和控制螺线管线圈，且通过第一无线通讯模块与磁性模块的驱动和控制模块连接通信；所述螺线管线圈分别与三维背景磁场驱动和控制模块中的螺线管线圈驱动电路连接；所述电源模块用于给螺线管线圈供电；所述带磁性模块的穿戴式手套包括掌心处的电磁铁和手指指端处的电磁铁，用于调节每个电磁铁模块所受到的电磁作用力；所述掌心处的电磁铁，内部为导磁铁芯、外部缠绕铜线，用于力觉再现，与掌心电磁铁驱动电路连接；所述指端处的电磁铁，内部为导磁铁芯、外部缠绕铜线，用于触觉再现，与指端电磁铁驱动电路连接；所述磁性模块的驱动和控制模块包含第二微控制器系统、掌心电磁铁驱动电路、指端电磁铁驱动电路和第二无线通讯模块，所述第二微控制器系统通过两个磁铁驱动电路分别驱动和控制掌心处的电磁铁和指端处的电磁铁，且通过第二无线通讯模块与三维背景磁场驱动和控制模块连接通信；所述摄像头组模块包含若干摄像头，摄像头分布在立方箱体的角落；所述摄像头连接到人手三维位置检测系统，用于实时获取无遮挡的人手部三维位置信息；所述人手三维位置检测系统用于实时检测人手部三维位置信息，并将人手部的三维位置信息传递到虚拟环境的场景中，且通过通讯接口与三维背景磁场驱动和控制模块连接通信。