基于三维力传感器的二维图像力触觉再现控制方法及系统

摘要

本发明公开了基于三维力传感器的二维图像力触觉再现控制方法及系统，其特征是将三维力传感器固定在力触觉交互设备端部的手柄上，实时采集力触觉交互设备所输出的图像接触力，同时对采集到的图像接触力信号进行闭环控制，采用比例控制算法，实时调整图像接触力信号的输出。本发明采用了闭环反馈控制策略，提高了图像接触力的输出精度和控制系统的稳定性，增强了人机交互时的真实性，此外本发明采用模块化的系统结构，系统移植性强。

主权项

一种基于三维力传感器的二维图像力触觉再现控制方法，步骤如下：操作者通过操作力触觉交互设备端部的手柄控制虚拟手接近二维图像，在虚拟手碰撞到二维图像之前，即在靠近二维图像的过程中，虚拟手与图像接触力信号f为0；如果发生碰撞，则根据虚拟手与图像接触力计算模块中建立的接触力模型，计算出碰撞点处虚拟手与图像接触力信号f，其特征在于，所述的虚拟手与图像接触力信号f传输至图像接触力反馈控制模块，图像接触力反馈控制模块对虚拟手与图像接触力信号f与源自力触觉交互设备的反馈力信号fd进行比较运算后，以运算结果为图像接触力信号f′，最后，由力触觉交互设备将图像接触力信号转化成图像接触力传递给操作者；所述的源自力触觉交互设备的反馈力信号fd由以下方法得到：采用图像接触力采集模块，将图像接触力采集模块中的三维力传感器设在力触觉交互设备端部的手柄上并采集图像接触力，所述图像接触力经图像接触力采集模块处理后形成反馈力信号fd；图像接触力反馈控制模块对虚拟手与图像接触力信号f与源自力触觉交互设备的反馈力信号fd进行运算如下：①将虚拟手与图像接触力计算模块计算出的虚拟手与图像接触力信号f与图像接触力采集模块所采集到反馈力信号fd作差，得到Δf如下：Δf＝f‑fd，②对上述的Δf采用比例控制，得到放大后的力信号差值Δfk，即：Δfk＝k×Δf其中k为比例系数，k＝1.5，③将比例控制后的力信号差值Δfk与虚拟手与图像接触力计算模块计算出的虚 拟手与图像接触力信号f一起，共同作为力触觉交互设备在图像接触点处的图像接触力信号f′，即：f′＝f+Δfk。