Development of an Integrated Haptic Sensor System for Multimodal Human–Computer Interaction Using Ultrasonic Array and Cable Robot

触觉技术 超声波传感器 渲染(计算机图形) 计算机科学 触觉传感器 机器人 虚拟现实 模拟 编码器 人工智能 计算机视觉 工程类 声学 物理 操作系统
作者
Liqiang Fan,Aiguo Song,Haochen Zhang
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:22 (5): 4634-4643 被引量:14
标识
DOI:10.1109/jsen.2022.3144888
摘要

This paper presents the design and development of a novel haptic sensor system. It integrates cable-driven force and ultrasonic tactile feedback, which can produce multimodal haptic stimuli. The sensing element includes a Leapmotion, an ultrasonic transducer array, tension sensors, and rotary encoders, which are used to capture hand posture, project tactile points, measure cable force and length, respectively. Firstly, a 6-DOF cable-driven force feedback apparatus based on parallel mechanism is designed and ultrasonic phased array is combined to form a multimodal haptic feedback system. Secondly, a multimodal haptic fusion method for cable-driven force and ultrasonic tactile is firstly proposed to invoke realistic compound haptic sensations. To enhance the rendering effects of each subsystem, admittance control is developed for a cable robot, and a new perceived magnitude model is established for ultrasound tactile rendering. A psychophysical experiment is conducted to study the perceived characteristics of multimodal haptic stimuli. To verify the proposed system, a series of experiments were carried out, whose results indicated that the system performs well at multi-property haptic rendering and confirm the accuracy and sensitive advantage of our system in virtual reality applications. The results of our study indicate that this device has great application potential in human-computer interaction.
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