基于复合帕尔贴模块热触觉再现装置研究.pdf

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1、第３７卷第１１期仪器仪表学报Ｖｏｌ３７Ｎｏ１１２０１６年１１月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＮｏｖ．２０１６基于复合帕尔贴模块热触觉再现装置研究陈从颜，王延夺，王炜（东南大学自动化学院南京２１００９６）摘要：设计了一种基于复合帕尔贴模块的改进型温度触觉感知再现装置。首先分析了手指接触复合帕尔贴装置表面时的热传导过程，并根据热网络分析法建立了基于复合帕尔贴模块的热触觉感知模型；据此设计了一种通过控制复合帕尔贴模块表面温度变化来模拟温度触觉过程的装置，复合帕尔贴装置由两个２０ｍｍ×

2、２０ｍｍ的帕尔贴模块重叠放置构成，通过对上下层帕尔贴模块输入电流分别控制，实现了比单层帕尔贴模块更为快速的升降温速率和更大工作温度区间；最后，通过热图标辨别实验，分析了将温度触觉感知再现应用于特殊人群导航的可行性。关键词：热触觉感知再现；复合帕尔贴模块；热图标中图分类号：ＴＨ８１ＴＰ２４文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：５１０．８０４０．ＴｈｅｒｍａｌｔａｃｔｉｌｅｓｅｎｓａｔｉｏｎｄｉｓｐｌａｙｄｅｖｉｃｅｂａｓｅｄｏｎｄｏｕｂｌｅＰｅｌｔｉｅｒｍｏｄｕｌｅａｎｄｉｔｓｔｈｅｒｍａｌｉｃｏｎｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｅｘｐｅ

3、ｒｉｍｅｎｔＣｈｅｎＣｏｎｇｙａｎ，ＷａｎｇＹａｎｄｕｏ，ＷａｎｇＷｅｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｔｈｅｒｍａｌｔａｃｔｉｌｅｄｉｓｐｌａｙｄｅｖｉｃｅｔｈａｔｃａｎｒｅｐｒｏｄｕｃｅｔｈｅｒｍａｌｔａｃｔｉｌｅｓｅｎｓａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｄｏｕｂｌｅＰｅｌｔｉｅｒｍｏｄｕｌｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｈｅａｔｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗｈｅｎｈｕｍａｎ’ｓｆｉｎｇｅｒｍａｋｅｓｃｏ

4、ｎｔａｃｔｗｉｔｈｔｈｅｄｏｕｂｌｅｔｈｅｒｍａｌｄｉｓｐｌａｙｄｅｖｉｃｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｔａｃｔｉｌｅｓｅｎｓａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｄｏｕｂｌｅＰｅｌｔｉｅｒｍｏｄｕｌｅｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｎｅｔｗｏｒｋａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙａｄｅｖｉｃｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｗｈｉｃｈｃａｎｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｔａｃｔｉｌｅｓｅｎｓａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｔｈｒｏｕｇｈｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｔ

5、ｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｄｏｕｂｌｅＰｅｌｔｉｅｒｍｏｄｕｌｅ．ＴｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｄｏｕｂｌｅＰｅｌｔｉｅｒｄｅｖｉｃｅｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｔｗｏＰｅｌｔｉｅｒｍｏｄｕｌｅｓｗｉｔｈｔｈｅｓｉｚｅｏｆ２０ｍｍ×２０ｍｍｓｔａｃｋｅｄｔｏｇｅｔｈｅｒ，ｗｈｉｃｈｃａｎｓｕｐｐｌｙｔｗｏｓｅｐａｒａｔｅｈｅａｔｓｏｕｒｃｅｓ．ＴｈｒｏｕｇｈｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｉｎｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔｓｏｆｂｏｔｈｕｐｐｅｒａｎｄｌｏｗｅｒＰｅｌｔｉｅｒｍｏｄｕｌｅｓｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｔｈｅｈｉｇｈｅｒｈｅａｔｉｎｇ／ｃ

6、ｏｏｌｉｎｇｒａｔｅａｎｄｗｉｄｅｒｗｏｒｋｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒａｎｇｅｃａｎｂｅａｃｈｉｅｖｅｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｏｓｅｆｏｒｓｉｎｇｌｅｌａｙｅｒＰｅｌｔｉｅｒｍｏｄｕｌｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｒｍａｌｉｃｏｎｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄ，ｔｈｒｏｕｇｈｗｈｉｃｈｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｔａｃｔｉｌｅｓｅｎｓａｔｉｏｎｄｉｓｐｌａｙｔｏｔｈｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎｏｆｓｐｅｃｉａｌｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｉｓａｎａｌ

7、ｙｚｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍａｌｔａｃｔｉｌｅｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ；ｄｏｕｂｌｅＰｅｌｔｉｅｒｍｏｄｕｌｅ；ｔｈｅｒｍａｌｉｃｏｎ感受器感知到温度的变化或变化率，从而产生的一种感１引言觉。温度触觉作为触觉感知信息的重要组成部分，可以帮助人们区分不同热属性的物体，温度触觉感知再现技［１］触觉来源于个体与物体的直接接触，它能提供包括术能够让体验者感受到在虚拟环境下逼真的冷热感。物体表面纹理、温度、弹性、粗糙度等多种信息。触觉信通过对感知到的冷热触觉信息进行编码，还可以帮助特［２］息的获取较之于视

8、觉和听觉显得更为真实可靠。作为第殊人群实现导航功能。将温度触觉与力反馈相结合，［３４］３种信息载体，实现触觉的感知、传输和再现显得越来越会有助于用机器手操作远程手术。有必要。温度触觉是在身体接触物体过程中个体产生的国外对于温度触觉技术的研究都开展得比较早，研温度觉，一般是指当皮肤接触到物