[发明专利]基于电磁场组合激励控制的非接触式力触觉再现系统及方法

权利要求书

1.基于电磁场组合激励控制的非接触式力触觉再现系统，其特征在于，所述系统包括层叠式扁平螺线管状线圈模块、带磁性模块的穿戴式装置、层叠式扁平螺线管状线圈驱动控制模块、穿戴式装置中指尖电磁铁驱动控制模块、位置检测模块和电源模块；

在所述层叠式扁平螺线管状线圈模块内部设有真实操作空间，在所述真实操作空间里通过可调控的背景电磁场和穿戴式装置中的磁性模块实现力触觉再现；所述穿戴式装置中的磁性模块包括掌心的永磁铁模块和多个指尖部位的电磁铁模块。

2.根据权利要求1所述的基于电磁场组合激励控制的非接触式力触觉再现系统，其特征在于，

所述层叠式扁平螺线管状线圈模块包括骨架、螺旋支撑体、底座和漆包铜线；所述螺旋支撑体由内、外两层空心圆柱体以螺纹拧旋而成，所述骨架呈扁平工字型，依次层叠在所述螺旋支撑体的外侧，所述漆包铜线均匀绕制在所述骨架上，所述底座主要用于固定所述螺旋支撑体和绕制所述漆包铜线的所述骨架。

3.根据权利要求1所述的基于电磁场组合激励控制的非接触式力触觉再现系统，其特征在于，

所述位置检测模块包括视觉信息检测装置以及计算机PC，所述视觉信息检测装置捕获人手以及穿戴式装置中磁性模块图像的深度信息，所述计算机PC利用获取的相关三维位置信息，运行磁性模块位置检测算法，定位磁性模块三维坐标。

4.根据权利要求1所述的基于电磁场组合激励控制的非接触式力触觉再现系统的再现方法，其特征在于，所述方法的实现过程，包括以下步骤：

步骤一，虚拟场景建立；建立包括虚拟手和虚拟物体模型的虚拟场景，并建立层叠式扁平螺线管状线圈模块内部真实操作空间与虚拟场景的空间映射关系，以及真实人手与虚拟手的三维位置映射关系；

步骤二，电磁作用力仿真离散数据计算；根据精度要求，使用三维网格单元对层叠式扁平螺线管状线圈模块内部真实操作空间进行网格划分，形成三维空间中的离散网格节点，使用有限元方法分析所述磁性模块在离散网格节点处所受电磁力与层叠式扁平螺线管状线圈模块中的激励电流、以及多个指尖电磁铁激励电流间的对应关系，形成以多维矩阵表示的包括磁性模块所受电磁力、层叠式扁平螺线管状线圈模块激励电流和磁性模块激励电流在内的电磁作用力仿真离散数据；

步骤三，位置检测；利用位置检测模块对人手进行位置检测，得到穿戴式装置中掌心永磁铁的实时三维位置和多个指尖电磁铁的实时三维位置；

步骤四，磁性模块作用力计算；基于人手与虚拟物体力触觉交互模型，计算当前时刻磁性模块电磁作用力，具体包括掌心永磁铁电磁作用力和多个指尖电磁铁电磁作用力；

步骤五，采用电磁场组合激励控制方法产生电磁作用力；采用电磁场组合激励控制的方法，对层叠式扁平螺线管状线圈模块中各线圈进行优先级编号，以所述穿戴式装置中掌心永磁铁所受电磁力为基准，确定所述层叠式扁平螺线管状线圈模块中线圈个数和对应激励电流，再确定指尖电磁铁所需激励电流；

当穿戴式装置中掌心永磁铁所受电磁力为零时，以受电磁力最大的指尖电磁铁为基准，确定层叠式扁平螺线管状线圈模块中激励线圈个数和对应激励电流以及其自身的激励电流，然后确定其它指尖电磁铁的激励电流；采用PWM方式使用层叠式扁平螺线管状线圈驱动控制模块驱动层叠式扁平螺线管状线圈，并使用穿戴式装置中指尖电磁铁驱动控制模块驱动穿戴式装置中的电磁铁，产生所需电磁作用力实现力触觉再现；

重复至步骤三。