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(shí)技術(shù)在各個(gè)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(shí)驗(yàn)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(shí)時(shí)仿真。美國Boneing公司制造了一架虛擬飛機(jī),運(yùn)用數(shù)據(jù)手套進(jìn)行控制,從而觀察設(shè)計(jì)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(diǎn),需要人們?nèi)ヌ剿骱蛯ふ医鉀Q之道。今后研究的重點(diǎn)主要有以下幾方面：
研制開發(fā)能夠滿足數(shù)據(jù)手套實(shí)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(shí)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(jìn)一步商品化、實(shí)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(duì)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(dòng)作傳遞給虛擬環(huán)境,實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)的“沉浸感”,尤其對(duì)機(jī)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(jìn)一步提高性能,降低價(jià)格,增強(qiáng)實(shí)用性。
硬件接口及軟件環(huán)境的深入開發(fā)
進(jìn)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(kuò)充性,方便以后用戶系統(tǒng)的更新升級(jí)。
進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)工藝要求
在數(shù)據(jù)手套及其部件的選材、設(shè)計(jì)組裝等方面下功夫,既要佩戴方便舒適,又要易于組裝維護(hù),進(jìn)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(gè)主要產(chǎn)品的各項(xiàng)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(gè)手指的彎曲傳感器、手掌的傾斜和轉(zhuǎn)動(dòng)
- 空間定位：無,可通過增加三維跟蹤器來實(shí)現(xiàn)
- 測(cè)量精度：8位A /D采樣,漂移擾動(dòng)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(jì)為三維輸入設(shè)備,適合對(duì)虛擬世界的控制和操作,手勢(shì)識(shí)別,物理療法和復(fù)原,遠(yuǎn)程機(jī)器人的控制等
評(píng)價(jià)：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(shí)連接4個(gè)手套,開放式結(jié)構(gòu),鼠標(biāo)仿真模式, VR 程序驅(qū)動(dòng),有DOS和W indows下的軟件開發(fā)包;但是對(duì)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(cè)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(shí)、遙控機(jī)器人、醫(yī)學(xué)、CAD、手語識(shí)別、視頻游戲、音樂生成、手功能分析等
評(píng)價(jià)：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(qiáng)健性,體型細(xì)小、柔軟,對(duì)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(cè)量手部運(yùn)動(dòng),并對(duì)所有用戶校正標(biāo)準(zhǔn)一致。
