傳感器應用在觸覺(jué)前沿圖像系統設計 

　　你曾經(jīng)玩過(guò)一種當你偏離賽道時(shí)手柄發(fā)出震動(dòng)警示的電視賽車(chē)游戲嗎？假如玩過(guò),你便已經(jīng)對觸覺(jué)界面有了感觀(guān)的熟悉。觸覺(jué)這個(gè)詞來(lái)自希臘語(yǔ)haptikos, 意識是捉住或感知。通過(guò)觸覺(jué)機器人,用戶(hù)可以感覺(jué)到遠遠的或虛擬的環(huán)境。觸覺(jué)界面給用戶(hù)真實(shí)的觸覺(jué)反饋,讓用戶(hù)可以感受到那些并非直接接觸的事物。例如,觸覺(jué)界面讓你能夠感覺(jué)到模擬飛行方向盤(pán)的阻力,而觸覺(jué)反饋能讓飛行員知道該使多大的力氣。
　　觸覺(jué)研究其中一個(gè)尖端前沿區域叫做“被動(dòng)觸覺(jué)”一般的觸覺(jué)界面都是主動(dòng)感知,意思是系統使用電機和風(fēng)力等動(dòng)力設備增加用戶(hù)感知到的系統作用力。主動(dòng)觸覺(jué)系統的風(fēng)險在于,動(dòng)力設備可能會(huì )增加過(guò)多的作用力,而傷害到用戶(hù)。被動(dòng)觸覺(jué)界面設計有安全選項,使用被動(dòng)動(dòng)力設備例如采用磁流變剎車(chē)將系統作用力消除,而不是給系統添加作用力。被動(dòng)觸覺(jué)界面不僅僅只是安全,也更加節能。 電力測量?jì)x | 溫度表 | 電池測試儀 | 輻照計 | 硬度計 | 轉速計 | 溫濕度儀 | 彎嘴鉗 | 密度計 | 亮度計 | 電壓計 | 記錄儀 | 電阻計 | 電流表 | 滴定儀 | 萬(wàn)用表 | 高斯計 |
　　美國佐治亞州技術(shù)研究院智能機器動(dòng)力實(shí)驗室(IMDL)的研究職員正在研究被動(dòng)觸覺(jué)系統的用途。Wayne Book博士和研究生Benjamin Black正在進(jìn)行的研究,是觀(guān)察在額外的安全保障下,被動(dòng)觸覺(jué)系統是否在遠程設備操縱上和主動(dòng)觸覺(jué)系統有相同的功效。被動(dòng)觸覺(jué)系統的一個(gè)主要局限性在于,設備無(wú)法被固定在某個(gè)地方。而且與主動(dòng)觸覺(jué)系統相反,被動(dòng)動(dòng)力設備必須指引操縱者到期看的地點(diǎn)。Book博士和Black正在嘗試開(kāi)發(fā)先進(jìn)的被動(dòng)動(dòng)力設備控制方案來(lái)克服這個(gè)困難。
　　使用圖形系統設計方法
　　通過(guò)圖形系統設計方法,系統設計被分為了幾個(gè)步驟。圖形系統設計引進(jìn)了圖形開(kāi)發(fā)軟件工具和現成的硬件加快內嵌控制設備的設計、塑型和配置進(jìn)度。研究者采用美國國家儀器公司LabVIEW圖形軟件開(kāi)發(fā)平臺,來(lái)設計和模擬觸覺(jué)控制系統和遠程操縱通訊。將設計的產(chǎn)品配置到實(shí)時(shí)PXI控制及數據采集系統,來(lái)對方案進(jìn)行測試。測試這種方法的上風(fēng)在于,Book博士和Black可以避免在配置產(chǎn)品的時(shí)候花費精力進(jìn)行低端內嵌軟件開(kāi)發(fā)和個(gè)性化硬件設計,而全身心投進(jìn)到反復試驗和設計當中。
　　研究者可以迅速地將他們的主從控制器運算法則輸進(jìn)LabVIEW,然后采用高級程序界面裝載動(dòng)力設備和傳感器。通過(guò)采用實(shí)際硬件裝載運算法則,他們能夠用真實(shí)的數據檢驗理論的正確性。圖1顯示了研究員操縱從控制器位置的圖形源碼。另外,軟件工具提供了高級采集界面,比如timed-loop循環(huán)功能。timed-loop循環(huán)是一種LabVIEW程序結構,可采集優(yōu)先權和多線(xiàn)程細節數據。通過(guò)這些不同類(lèi)型的采集方法,工程師和科學(xué)家們可以很輕易的在他們的軟件上應用多線(xiàn)程功能。這給研究員提供了更多時(shí)間來(lái)完善設計的產(chǎn)品,而不用花時(shí)間在低端代碼開(kāi)發(fā)上。
　　硬件設計配置
　　研究員給PXI模硬件系統配置軟件運算法則。這些系統包括確定性的、實(shí)時(shí)控制器和可接觸試驗觸覺(jué)設備傳感器的合適的I/O模塊。采用LabVIEW實(shí)時(shí)模塊,研究員可以將他們的運算法則配置到PXI控制器上供無(wú)頭headless操縱使用。他們采用即插即用運動(dòng)控制模塊來(lái)處理線(xiàn)性從電機,并采用多功能數據采集設備來(lái)處理定點(diǎn)傳感器。
　　這項研究的測試儀器采用了二自由度(DOF)操縱器作為主設備控制作為從設備的一自由度(DOF)線(xiàn)性電機。主從設備之間沒(méi)有物理連接；取而代之的是,PIX實(shí)時(shí)控制系統與主設備連接,另外一系統與從設備連接,如圖2所示。PIX系統1采用了NI LabVIEW上的確定性應用程序,可在伽馬力傳感器和主操縱器上的光學(xué)編碼器上讀出來(lái)。研究員采用該數據來(lái)確定主設備位置,并將位置傳送給PXI系統2。
　　PXI系統2采用主設備位置作為定點(diǎn)向LabVIEW設計的4KHz PD(比例微分)控制器輸出信號運行線(xiàn)性電機同時(shí)在光學(xué)編碼器上讀出位置數據。從設備受物理結構約束運動(dòng)受阻。從設備位置通過(guò)UDP到PXI系統1被傳回主設備,將數據加載到?jīng)Q定觸覺(jué)作用力的控制運算法則中,該觸覺(jué)作用力應被作用在用戶(hù)身上,讓他們感知物理約束力的存在。該作用力是由磁流變制動(dòng)器所推動(dòng)的。系統的目的是讓從設備位置追蹤主設備位置。
　　Book博士和Black現在正在通過(guò)使用基于LabVIEW的動(dòng)力系統進(jìn)行模擬試驗和深進(jìn)研究。使用系統識別技術(shù),研究員可以利用在仿真和反饋試驗中采集的實(shí)際數據,建立主設備和從設備之間動(dòng)力數字模擬結構。他們采用結果不等式結合LabVIEW仿真模塊,算出了模擬不同控制法則之間反饋的實(shí)時(shí)公式。這個(gè)模擬過(guò)程幫助他們在實(shí)際應用到觸覺(jué)設備生產(chǎn)之前,能更快重復性地驗證法則。
　　總結
　　這個(gè)研究的故事再次表明了現在的科技上風(fēng)如作甚未來(lái)科技展路。采用圖像系統設計方法,Book博士和Black利用了內嵌開(kāi)發(fā)*化的上風(fēng),實(shí)現了突破性的研究。