振动纹理触觉信息采集与显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术技术领域为电子信息技术中的新型电子元器件，涉及一种振动纹理触觉信息采集与显示装置，可应用于纹理触觉信息的采集、数据压缩、虚拟与仿真渲染等领域。该装置包括采集装置和显示装置，由三轴加速度传感器、电源、NI数据采集卡、音圈马达、耳机线、功率放大器和上位机组成。本发明专利技术通过不同振动触觉信号描述不同物体表面纹理，操作简单易实现，并且采集到的振动触觉信号精度较高，有区分度，且可以直观看到采集的结果。本发明专利技术装置采集到的纹理觉可以作为训练集，进行特征提取后训练分类器，进而得到物体纹理识别器。该物体纹理识别器可以对现实中的物体纹理进行识别，可应用于VR/AR纹理触觉渲染，电商等领域，具有广泛的应用前景。

Tactile information acquisition and display device of vibration texture

【技术实现步骤摘要】
振动纹理触觉信息采集与显示装置
本专利技术
为电子信息技术—新型电子元器件，更具体地，涉及一种振动纹理触觉信息采集与显示装置，可应用于纹理触觉信息的采集、数据压缩、虚拟与仿真渲染等领域。
技术介绍
人类的触觉感知包括两部分，即动觉(由肌肉、关节和肌腱感知的力、扭矩、位置、速度等信息)和纹理觉(由皮肤上的机械性刺激感受器感知到的表面结构和摩擦等信息)。对比于较为成熟的视觉和听觉感知，对触觉的研究尚处于初级阶段，但是其产业应用前景广泛，例如VR/AR领域，加入触觉感知将大幅度增加真实感，提高用户的体验；电商领域，加入纹理触觉感知，可以使用户购买衣物时感受到衣服的材质。纹理触觉与动觉不同，不能用速度和力等来描述。纹理触觉是人触摸到一个物体后对其材质表面光滑程度的描述。由于人接触到物体表面的纹理会产生摩擦力，进而产生振动，所以使用振动的大小度量人对物体表面纹理的触觉感受是纹理触觉的一种表征方法，也称为振动纹理触觉。振动纹理触觉信号反映了物体表面的粗糙程度，例如粗糙的物体，摩擦力大，振动触觉信息相对强烈；光滑的物体，则振动和缓。
技术实现思路
依据振动纹理触觉原理，本专利技术的目的在于提供一种振动纹理触觉信息采集与显示装置，使用加速度传感器测量不同物体表面纹理的振动触觉信号，采集到的振动触觉信号的显示可以通过音圈马达或电磁阀等设备来实现。一种振动纹理触觉信息采集与显示装置，包括采集装置和显示装置：所述的采集装置包括三轴加速度传感器、电源、NI数据采集卡和上位机；所述的三轴加速度传感器在待测物体表面摩擦以采集振动触觉信号，并将采集到的加速度信息输出到NI数据采集卡，电源为NI数据采集卡供电；所述的NI数据采集卡，将采集到的数据经过模数转换后，以数字信号形式通过USB传输到上位机完成采集过程，上位机将采集到的振动触觉信号以音频文件形式保存。所述的显示装置包括音圈马达、电源、耳机线和功率放大器；所述的上位机以音频的形式通过耳机线将采集到的振动触觉信号输出到功率放大器，振动触觉信号经过功率放大后由音圈马达以振动的形式完成振动触觉信号的显示，功率放大器由电源供电；所述的音圈马达能将输入的电信号转化为机械能，用于输出振动触觉信号。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术通过不同振动触觉信号描述不同物体表面纹理。操作简单易实现，并且采集到的振动触觉信号精度较高，有区分度，且可以直观看到采集的结果。(2)本专利技术装置采集到的纹理觉可以作为训练集，进行特征提取后训练分类器，进而得到物体纹理识别器。该物体纹理识别器可以对现实中的物体纹理进行识别，可应用于VR/AR纹理触觉渲染，电商等领域，具有广泛的应用前景。附图说明图1为本专利技术的采集装置连接框图；图2为实施例中三轴加速度传感器ADXL335的连接图；图3为本专利技术的显示装置连接框图；图4为本专利技术的采集操作流程图；图5为本专利技术的显示操作流程图；图6为本专利技术采集到的不同材质的振动触觉信号波形；图7为本专利技术用于物体纹理识别的系统框图。具体实施方式下面结合附图和技术方案进一步说明本专利技术的具体实施方式。1.按照图1和以下步骤连接采集装置：本实施例中选用三轴加速度传感器为ADXL335，其是一款高精度低功耗的小型三轴加速度计，输出为电压信号，可以测量运动、冲击或振动导致的动态加速度。选用NI数据采集卡为模数转换器，电源为其供5V电压，能将模拟信号转换为数字信号。选用上位机为计算机，其配置为：i7-8700@3.2GHz,win10操作系统，16GBRAM。所述ADXL335三轴加速度传感器与100g砝码一面粘贴，砝码的另一面接触物体表面，砝码与物体的接触面应带有凸起，便于通过在物体表面来回摩擦模拟人轻触物体时所用的力。ADXL335的地线和火线与USB线的地线和火线相连，见图2。所述ADXL335加速度传感器包括三轴传感器、功率放大器、解调器、电阻；所述三轴传感器输出端口与功率放大器输入端相连，功率放大器输出端与解调器输入端相连，解调器有3个输出端，分别输出三个电流，输出电流分别经32千欧电阻至ADXL335加速度传感器的x轴、y轴、z轴输出，分别输出采集到的x轴、y轴、z轴的加速度。所述NI数据采集卡有八个输入端口，其中三个与三轴加速度传感器的输出相连，两个与电源相连，剩余三个输入口空闲。NI数据采集卡以USB形式输出，连接到计算机USB口。2.按照图4和以下步骤完成采集操作：开启上位机，运行驱动程序，提示等待三秒开始采集，接下来十秒内，首先将ADXL335水平悬空五秒校零，完成校零操作后五秒内将ADXL335在待测物体表面水平来回匀速摩擦三到五次，完成纹理觉采集，上位机将采集到的纹理觉信号保存为音频文件(如wav格式)。3.按照图3连接显示装置，按照图5的步骤显示纹理觉信号。上位机的输出端口与功率放大器之间通过耳机线相连，功率放大器的输出通过两根导线与音圈马达相连，选用电压为12V电源为功率放大器供电。运行上位机的音频文件，纹理觉信号以音频形式先输出到功率放大器，调节功率放大器到合适放大倍率，输出到音圈马达，音圈马达将音频信号以振动形式输出。图6展示了使用本专利技术装置采集的不同纹理的物体的振动触觉波形，可以明显看出表面越粗糙，波形越强烈，比如花岗岩，它引起的振动触觉信号频率高且振幅较大，波动剧烈，表面光滑的软木，则波形平缓，频率低。本专利技术装置采集到的纹理觉可以作为训练集，进行特征提取后训练分类器，进而得到物体纹理识别器。该物体纹理识别器可以对现实中的物体纹理进行识别，物体纹理识别系统框图见图7，所述物体纹理识别器包括特征提取和分类器训练两部分。其操作步骤为：将纹理觉采集装置在待测物体表面水平来回匀速摩擦，完成纹理觉采集工作后，纹理觉采集装置输出振动触觉信号至物体纹理识别器后输出物体材质。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种振动纹理触觉信息采集与显示装置，其特征在于，包括采集装置和显示装置：/n所述的采集装置包括三轴加速度传感器、电源、NI数据采集卡和上位机；所述的三轴加速度传感器在待测物体表面摩擦以采集振动触觉信号，并将采集到的加速度信息输出到NI数据采集卡，电源为NI数据采集卡供电；所述的NI数据采集卡，将采集到的数据经过模数转换后，以数字信号形式通过USB传输到上位机完成采集过程，上位机将采集到的振动触觉信号以音频文件形式保存；/n所述的显示装置包括音圈马达、电源、耳机线和功率放大器；所述的上位机以音频的形式通过耳机线将采集到的振动触觉信号输出到功率放大器，振动触觉信号经过功率放大后由音圈马达以振动的形式完成振动触觉信号的显示，功率放大器由电源供电；所述的音圈马达将输入的电信号转化为机械能，用于输出振动触觉信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种振动纹理触觉信息采集与显示装置，其特征在于，包括采集装置和显示装置：
所述的采集装置包括三轴加速度传感器、电源、NI数据采集卡和上位机；所述的三轴加速度传感器在待测物体表面摩擦以采集振动触觉信号，并将采集到的加速度信息输出到NI数据采集卡，电源为NI数据采集卡供电；所述的NI数据采集卡，将采集到的数据经过模数转换后，以数字信号形式通过USB传输到...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘倩，陈锐，杜伟强，张强，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21