振动触觉装置的改进设计及触觉感知特性研究

摘要

触觉作为人的一种重要感觉通道具有独特的优势，不仅能够实现大范围全方位的感知，而且能够表达特殊环境下难以用视觉等其他通道传递的信息，对触觉信息再现以及其感知特性的研究具有重要意义。本文重点针对振动触觉展开心理物理学实验研究，并优化设计实现了一套振动触觉触摸板，结合实验结果设计了用于盲人出行信息感知的振动触觉编码，最后进行了对比实验验证。具体工作包括三部分:
　　首先在实验室原有研究成果之上对振动触觉再现装置进行了优化设计，设计实现了一套振动触觉触摸板用于振动触觉特性感知实验研究以及盲人出行导航信息的表达。
　　其次，为了设计简洁高效的时空组合触觉信息编码，本文设计并完成了两个基础特性感知的心理物理学实验。实验一为触觉表达中的似动现象特性研究，分析基于优化装置的似动现象特性以及振动强度和振动时间等因素对似动现象的影响;实验二为触觉中的直线错觉现象的感知特性研究，与视觉中的菲克错觉进行类比，分析人对不同方向以及不同比例下的直线感知特性，并通过数据分析，考察振动强度等客观参数对感知结果的影响，并建立拟合模型，对线段长度的表达和感知结果进行预测。
　　最后，在基础特性感知实验研究所发现的规律与实验参数基础之上，设计了用于盲人出行信息提示的振动触觉信息表达触摸板。利用实验研究结果，对导航信息以及障碍物信息等进行触觉编码，并通过感知实验验证了编码的有效性。
　　本文的研究重点和创新点在于:(1)设计了基于圆盘电机的双层探针式触觉阵列，提高了装置的集成度以及便携性等性能;(2)对似动现象和直线的基础感知特性进行研究，并与视觉进行类比，通过数据建立了预测模型;(3)利用实验结果设计了更加符合人的认知规律的导航信息编码，并实现了同一设备上导航信息的全面表达。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 振动触觉国内外研究现状

1．2．1 振动触觉基础感知特性的研究现状

1．2．2 振动触觉再现技术研究现状

1．3 振动触觉信息表达的研究难点

1．4 论文主要内容与组织结构

第二章 阵列式振动触觉装置的优化设计

2．1 硬件系统概述

2．1．1 硬件系统需求分析

2．1．2 原有硬件系统的不足

2．2 阵列式触觉再现装置的优化

2．3 基于优化装置的强度感知实验研究

2．3．1 强度感知实验设计

2．3．2 振动强度感知实验结果分析

2．3．3 振动强度感知实验总结

2．4 振动触觉再现系统控制软件简介

2．5 本章小结

第三章 振动触觉似动现象的感知实验研究

3．1 引言

3．1．1 触觉错觉简介

3．1．2 振动触觉似动现象研究现状

3．1．3 似动现象感知实验研究意义

3．2 实验Ⅰ 基于阵列式振动触摸板的似动触觉现象研究

3．2．1 似动触觉现象实验设计

3．2．2 似动触觉现象结果分析

3．2．3 实验Ⅰ小结

3．3 实验Ⅱ 振动参数对似动现象感知差别阈限影响的实验研究

3．3．1 差别阈限方法简介

3．3．2 似动现象感知差别阈限实验设计

3．3．3 似动现象感知差别阈限实验数据处理方法

3．3．4 似动现象感知差别阈限结果分析

3．3．5 实验Ⅱ小结

3．4 本章总结

第四章 振动触觉直线长度感知错觉的实验研究

4．1 引言

4．1．1 直线长度感知错觉的研究现状

4．1．2 直线长度感知错觉的研究意义

4．2 直线长度感知错觉实验设计及方法介绍

4．3 实验Ⅰ 等长情况下的直线“垂直-水平”错觉感知研究

4．3．1 实验Ⅰ具体参数设置

4．3．2 实验Ⅰ结果以及分析

4．3．3 实验Ⅰ小结

4．4 实验Ⅱ 非等长情况下的直线“垂直-水平”错觉感知研究

4．4．1 实验Ⅱ具体参数设置

4．4．2 实验Ⅱ结果以及分析

4．4．3 实验Ⅱ小结

4．5 直线触觉感知错觉与客观参数关系的定量分析

4．6 本章小结

第五章 用于盲人导航的振动触觉编码设计与实现

5．1 引言

5．2 避障信息的振动触觉编码及感知实验

5．2．1 障碍物方位的振动触觉编码

5．2．2 障碍物类别的振动触觉编码

5．2．3 障碍物信息编码感知实验

5．3 空间距离信息的振动触觉编码及感知实验

5．3．1 距离信息的振动触觉编码设计

5．3．2 距离信息编码感知实验

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 对未来工作的展望

致谢

参考文献

作者在学期间的成果