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触摸屏技术:一种触觉的体验

作者:Peter Cleaveland2006.06.19阅读 3131

  虽然我们大多数人利用视觉与听觉与计算机交互控制工程网版权所有,但某些情况下,最合适使用的是触觉。今天,计算机技术正越来越多地认识到这一点,并开始采用触觉技术。
  触觉在希腊语中的意思是“抓或摸”,这里是指设备产生可被感觉到(而不是被看到或听到)的输出的能力。触觉输出通常是力或振动。那到底是多大的力呢?“我们较小的设备能产生3-4牛顿(约0.67-0.90磅)的力,而我们一些较大的设备则能产生高达30牛顿(约6.7磅)以上的力。” SensAble Technologies公司的触觉设备与工具包产品专家Ben Landon表示。

SensAble Technologies 公司的 Omni 装置
图1:SensAble Technologies 公司的 Omni 装置提供带力反馈的六自由度位置传感。

  为何使用触觉?
  触觉的两类重要应用是虚拟现实(包括游戏与医学培训)和远程操作(或遥控操作)。尽管触觉在电脑游戏中的使用率很高,但它也同样可以应用于工业中。例如,触觉让使用者能触摸和感觉到计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)及类似系统中的对象。探针可向设计软件发送数字反馈信号,而所有电子操控与制动系统则
能为操作者或驾驶员提供实际的反馈,从而避免了直接连接或动力辅助机械连接环节的重量与复杂性。
  通过为经验不足的员工提供“虚拟”培训,医学应用中采用触觉技术能够防止患者受到误操作。触觉医学培训系统可以令人惊讶地真实再现打针或插入腹腔镜的感觉,同时在屏幕上查看结果,如果操作错误,还会听到患者的抱怨。它可用于牙科等手术的培训。
  “医生现在的学习方式令人恐怖控制工程网版权所有,”Novint Technologies公司首席执行官 Tom Anderson表示,“他们在真实患者身上所做的前50次手术都是在学习。”Novint拥有一台硬膜外模拟器和一台牙科模拟器,都获得了用户的积极评价。Immersion公司的工业与游戏副总裁兼总经理Michael Levin透露,其公司约有800套用于培训学生如何插入IV 针头的静脉注射平台已投入使用。
  触觉还用在医学植入设计方面,SensAble Technologies公司总裁兼首席运营官Bob Steingart表示。CT扫描仪的数据为体元的形式(3-D或体积象素),SensAble公司的设备也采用相同的格式。“想象一下某人的颅骨上有一个洞,”Steingart说,“你将从CT机、CAT扫描或MRI中的一个模型开始,目标是提出填充那个洞的修补方案。凭借我们的体元及虚拟人体系统(颅骨模型也采用体元形式),您可以非常迅速地给出严丝合缝的人造部件方案。输出结果通常被传送到一台快速成型机上,有时则传送到一部铣床。”
  SensAble公司的Landon表示,触觉也可用于提高数据的可视化程度CONTROL ENGINEERING China版权所有,使用户能浏览海量数据(如岩石地层的地震成像等),并提供一个额外的通信渠道。“你不单拥有颜色和时间,还拥有相应的力控制工程网版权所有,帮你了解数据到底是怎样一回事,”他说。
  旋钮、鼠标、操纵杆
  触觉最简单的示例或许就是一个旋钮,类似于调谐收音机的旋钮。通过在电机或刹车上配备这种旋钮,就可能拥有各种制动装置、硬性制动甚至弹性制动。并且所有这些功能都可根据需要更改。
  触觉鼠标提供力、振动或同时提供二者,作为软件对用户输入的响应。从游戏到理疗,它们的应用非常广;且目前正在研究供盲人使用的作为计算机输入设备的触觉鼠标。以这种方式使用鼠标的一个问题是:必须具备跟踪绝对位置的某些措施;设计使用杆或绳连接到底座。
  逆向机器人技术:空中的手柄
  在三维领域中,触觉相当于“逆向机器人技术”。机器人允许虚拟世界(软件)操纵真实的对象;而触觉设备则允许人们操纵虚拟的对象并感觉其仿佛是真实存在的。例如,用户握住连接到武器系统的手柄等(某些系统使用手套或“套环”装置)。
  触觉设备可能是三自由度(3 DOF):分别传感 X、Y 和 Z 轴;或六自由度:还可传感转动、倾斜和摇摆。(自由度表示一个变量或空间中可用的选项数。)系统检测手柄位置,并通过内置电机和制动器向用户提供力和振动。当光标遇到虚拟对象时,操作者会感觉到阻力,可能是硬的(对于坚硬的物体)、软的或是有弹性的。适当时手柄还会发生振动,例如,模拟用户将触针在粗糙表面上滑动的感觉等。触觉手套可用于理疗,帮助中风患者增强力量及改善机能。
  日本丰桥理工大学的研究人员一直在研究使用触觉操纵杆来控制起重机,以防止发生碰撞。许多地方也在进行将力反馈增加到外科手术机器人上(它们是真正的遥控机器人)的工作。在极小的尺寸范围也有工作在进行CONTROL ENGINEERING China版权所有,意图将力维触觉设备和扫













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