數(shù)據(jù)手套應(yīng)用現(xiàn)狀及今后的研制發(fā)展方向
隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,數(shù)據(jù)手套的研制和應(yīng)用也不斷深入。例如,美國宇航局的Ames實驗室將數(shù)據(jù)手套工程化,使其成為可用性較高的產(chǎn)品,在約翰遜空間中心完成空間站操縱的實時仿真。美國Boneing公司制造了一架虛擬飛機,運用數(shù)據(jù)手套進行控制,從而觀察設(shè)計結(jié)果,考察性能指標(biāo)。國內(nèi)的研究也取得了一批成果。
目前數(shù)據(jù)手套研究領(lǐng)域中仍存在著許多沒有解決的理論問題和尚未克服的技術(shù)難點,需要人們?nèi)ヌ剿骱蛯ふ医鉀Q之道。今后研究的重點主要有以下幾方面：
研制開發(fā)能夠滿足數(shù)據(jù)手套實用性要求的新型傳感器
傳感器技術(shù)是數(shù)據(jù)手套系統(tǒng)中的核心和關(guān)鍵技術(shù),數(shù)據(jù)手套的交互能力直接取決于傳感器的性能。目前盡管已經(jīng)出現(xiàn)了多種數(shù)據(jù)手套專用傳感器,但還不能真正滿足數(shù)據(jù)手套的實用性要求。因此采用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu),研制出精度高、體積小、成本低、不易損壞、易于更換的高性能傳感器,是數(shù)據(jù)手套能否進一步商品化、實用化的關(guān)鍵。
研制技術(shù)成熟、性能可靠的力反饋裝置
手指力反饋裝置的研究對數(shù)據(jù)手套的應(yīng)用意義重大。具有力反饋功能的數(shù)據(jù)手套不但可以使用戶以較自然的方式將自己的手部動作傳遞給虛擬環(huán)境,實現(xiàn)對虛擬環(huán)境的操作,也可以使用戶利用觸覺和力覺反饋信息,得到真實的“沉浸感”,尤其對機器人技術(shù)力反饋是至關(guān)重要的。目前這種數(shù)據(jù)手套不多,技術(shù)不夠成熟,需進一步提高性能,降低價格,增強實用性。
硬件接口及軟件環(huán)境的深入開發(fā)
進一步開發(fā)各種數(shù)據(jù)手套通用的接口及專用軟件,使其具備良好的可移植性、可擴充性,方便以后用戶系統(tǒng)的更新升級。
進一步提高設(shè)計工藝要求
在數(shù)據(jù)手套及其部件的選材、設(shè)計組裝等方面下功夫,既要佩戴方便舒適,又要易于組裝維護,進一步提高整體性能。
目前各種數(shù)據(jù)手套的比較
國內(nèi)外許多研究單位和公司在數(shù)據(jù)手套的研制開發(fā)方面做了大量的工作,并推出了一些采用不同傳感器的數(shù)據(jù)手套產(chǎn)品,得到較成功的應(yīng)用。下面分析幾個主要產(chǎn)品的各項性能指標(biāo)。
Dataglove是5DT公司于1995年推出的數(shù)據(jù)手套系列（以5DTDataglove5為例）
- 手套本體材料：彈性纖維,手套尺寸固定,適用面廣,分左右手
- 傳感器：光纖傳感器
- 自由度(DOF)：5個手指的彎曲傳感器、手掌的傾斜和轉(zhuǎn)動
- 空間定位：無,可通過增加三維跟蹤器來實現(xiàn)
- 測量精度：8位A /D采樣,漂移擾動小
- 最大采樣頻率：200 Hz
- 接口: RS232：支持無線收發(fā)
- 應(yīng)用情況：被設(shè)計為三維輸入設(shè)備,適合對虛擬世界的控制和操作,手勢識別,物理療法和復(fù)原,遠程機器人的控制等
評價：質(zhì)量有保證,適合大眾的尺寸,左右手版本,佩戴非常舒適；PC的ISA總線可同時連接4個手套,開放式結(jié)構(gòu),鼠標(biāo)仿真模式, VR 程序驅(qū)動,有DOS和W indows下的軟件開發(fā)包;但是對不同用戶需要重新校正,同樣也存在疲勞問題。
Cyberglove是Virtual Technologies公司于1991年推出的
- 手套本體材料：彈性纖維,可拉伸,尺寸固定
- 傳感器：專利技術(shù)“壓電傳感器”
- 自由度(DOF) ：手指關(guān)節(jié)的彎曲和外展、大拇指、手掌彎曲、手腕的彎曲和外展
- 空間定位：手腕處可安裝六自由度跟蹤器
- 測量精度：0. 5°
- 最大采樣頻率：112 Hz
- 接口：RS232，最高波特率115. 2 kbp s
- 應(yīng)用情況：可用于是虛擬現(xiàn)實、遙控機器人、醫(yī)學(xué)、CAD、手語識別、視頻游戲、音樂生成、手功能分析等
評價：質(zhì)地很輕,佩戴舒適,手掌處成網(wǎng)狀易于通風(fēng),指尖露出,便于用戶抓取、寫字等;專利“壓電傳感器”具有良好的線性和強健性,體型細小、柔軟,對彎曲基本無阻力,受安裝位置和手指的彎曲曲率半徑影響很小,保證傳感器準(zhǔn)確可重復(fù)地測量手部運動,并對所有用戶校正標(biāo)準(zhǔn)一致。
