辅助虚拟现实数据手套及电刺激力触觉增强反馈电路系统设计

摘要

针对目前虚拟现实人机交互设备存在的精度低、体积大、可穿戴性差的缺点,文中以手势识别和虚拟现实人机交互为研究对象,提出并设计了一种新型用于辅助VR设备进行人机交互的原型系统.该系统包括由一组弯曲度传感器与九轴运动姿态传感器组成的手套和一个基于功能性电刺激腕带.数据手套系统具有对手部运动姿态数据的采集和FES力触觉增强的信息反馈功能.手套系统通过无线方式进行数据的传输,数据在计算机端的姿态程序算法中进行进一步的计算,计算结果用于对VR场景中构建的手部姿态进行实时控制.利用VR场景中的碰撞算法预测出手部在场景中碰撞物体产生的力触觉值,最后通过无线传输至FES刺激腕带产生不同等级的刺激脉冲辅助完成对手部力触觉控制,从而达到人机交互的效果.经过实际测试,5位健康志愿者单根手指的平均识别精度为94.7％ ±1.3％.设计采用的FES刺激腕带可以提供0～30 mA的电流输出和最大扭矩达到1.8 N·m的腕关节力量控制,动作延迟时间为20 ms.