基于触觉传感器的人机交互技术

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1、基于触觉传感器的人机交互技术摘要：触觉是自然界多数生物从外界环境获取信息的重要形式之一，触觉传感器是用于机器人中模仿触觉功能的传感器，本文简要介绍了触觉传感器的分类以及交互设计的发展，以及并且详细介绍了触觉传感器在人机交互中的发展现状、优势及此项技术在各行各业的广泛应用，触觉交互可以增进人机交互的自然性,使普通用户能按其熟悉的感觉技能进行人机通讯,对计算机的发展起到不可估量的作用。关键字：触觉传感器人机交互技术现状优势应用一、触觉与触觉传感器触觉是自然界多数生物从外界环境获取信息的重要形式之一，广义的触觉是指接触、压迫、滑动、温度、湿度等的综合，而狭义的触觉则单指接触

2、面上的力觉，其严谨的概念包括接触觉、压觉和滑觉。触觉对于虚拟现实技术中临场感程度和交互性具有十分重要的现实意义。触觉传感器是用于机器人中模仿触觉功能的传感器。其研究始于上世纪七十年代，在四十多年的发展历程中，国内外的科研人员在传感器工作机理的研究、敏感材料的开发、传感器的结构设计、触觉图像的处理等多方面都做了大量的工作，并取得了巨大的成就。触觉传感器按功能可分为接触觉传感器、力—力矩觉传感器、压觉传感器和滑觉传感器等。（1）接触觉传感器，一般用以判断机器人（主要指四肢）是否接触到外界物体或测量被接触物体的特征的传感器。接触觉传感器有微动开关、导电橡胶、含碳海绵、碳素纤

3、维、气动复位式装置等类型。（2）力—力矩觉传感器，一般用于测量机器人自身或与外界相互作用而产生的力或力矩的传感器。它通常装在机器人各关节处。（3）压觉传感器，一般用来测量接触外界物体时所受压力和压力分布的传感器。它有助于机器人对接触对象的几何形状和硬度的识别。压觉传感器的敏感元件可由各类压敏材料制成，常用的有压敏导电橡胶、由碳纤维烧结而成的丝状碳素纤维片和绳状导电橡胶的排列面等。再从另一方面来看，按照触觉感知的特点，可以把触觉分为滑动触觉和柔性触觉2种：（1）滑动触觉：平行于手指接触面的感知，主要反映物体表面的几何形状、纹理、温度等；（2）柔性触觉：垂直于手指接触面方

4、向的动态感知，主要反映物体的柔性或刚度。二、交互设计和人机界面随着网络和新技术的发展，各种新产品和交互方式越来越多，人们也越来越重视对交互的体验。1984年，IDEO公司创始人之一比尔·莫格里奇（BillMoggridge）首次了提出关注交互体验的新学科的概念，并命名为“软面（SoftFace）”，后来又把它更名为“InteractionDesign”――即交互设计，简称ID。具体地说，交互设计就是关于创建新的用户体验的问题，其目的是增强和扩充人们工作、通信及交互的方式。对用户来说，交互设计就是一种让产品更易用，更有效而让人愉悦的技术，它致力于了解目标用户和他们的期望

5、，了解用户在同产品交互时彼此的行为，了解“人”本身的心理和行为特点，同时，还包括了解各种有效的交互方式，并对它们进行增强和扩充。交互设计还涉及到心理学、计算机、信息、电子技术、工业设计等多个学科，需要和不同领域不同背景的人员进行沟通。通过对产品的界面和行为进行交互设计，让产品和它的使用者之间建立一种有机关系，从而可以有效达到使用者的目标[2]。人们在界面设计方面已经有了一定的关注，然而，交互设计更加注重产品和使用者行为上的交互以及交互的过程，交互行为是界面约束的源头，当产品的交互行为清清楚楚地定义出来时，对界面的要求也就更加清楚。因此，交互设计的研究目标之一是开发宜人

6、性的人机界面。三、触觉交互的发展现状目前，人机交互的发展已经呈现百花齐放的局面，比如有主要以语音识别为基础的语音人机交互；有对手和身体的运动进行跟踪，依靠姿势完成的自然人机交互；有主要利用电磁、超声波等方法，通过对头部运动进行定位交互的技术；还有对眼睛运动过程进行定位的交互方式。不过中科院软件研究所人机交互技术与智能信息处理实验室首席科学家戴国忠认为，在人机交互领域尽管已经开始有了一些通过语音、姿势、头部跟踪、视觉跟踪等人机交互的成果，但这些成果离大规模的应用应该还有很长一段距离。“至少需要突破几方面的障碍：首先是识别率的的问题，以语音人机交互来讲，我国方言较多，普通

7、话说的准确度不一等都阻碍了人机之间的准确沟通；其次，无论是语音还是视觉跟踪等技术对环境的要求都比较高，不同的光照环境可能会传递出不一样的命令信息，或者机器能够捕获的信息会受光照、噪音等环境影响而不同；再者，如果依靠姿势来进行人机交互，有些信息很难用形体语言来表示，事实上，生活中人们之间交流需要传递的信息量是非常大的，最重要的是缺少用户体验好的用户界面。”戴国忠表示，这些技术要达到完全自然的人机交流还有很长一段距离。“目前值得肯定的人机交互技术依然是手写和触摸。”戴国忠认为，这两种技术发展到现阶段，识别率等技术标准都基本达到了要求，应用趋于成熟，实现了