数据手套应用现状及今后的研制发展方向
随着虚拟现实技术在各个领域的广泛应用,数据手套的研制和应用也不断深入。例如,美国宇航局的Ames实验室将数据手套工程化,使其成为可用性较高的产品,在约翰逊空间中心完成空间站操纵的实时仿真。美国Boneing公司制造了一架虚拟飞机,运用数据手套进行控制,从而观察设计结果,考察性能指标。国内的研究也取得了一批成果。
目前数据手套研究领域中仍存在着许多没有解决的理论问题和尚未克服的技术难点,需要人们去探索和寻找解决之道。今后研究的重点主要有以下几方面：
研制开发能够满足数据手套实用性要求的新型传感器
传感器技术是数据手套系统中的核心和关键技术,数据手套的交互能力直接取决于传感器的性能。目前尽管已经出现了多种数据手套专用传感器,但还不能真正满足数据手套的实用性要求。因此采用新技术、新材料、新结构,研制出精度高、体积小、成本低、不易损坏、易于更换的高性能传感器,是数据手套能否进一步商品化、实用化的关键。
研制技术成熟、性能可靠的力反馈装置
手指力反馈装置的研究对数据手套的应用意义重大。具有力反馈功能的数据手套不但可以使用户以较自然的方式将自己的手部动作传递给虚拟环境,实现对虚拟环境的操作,也可以使用户利用触觉和力觉反馈信息,得到真实的“沉浸感”,尤其对机器人技术力反馈是至关重要的。目前这种数据手套不多,技术不够成熟,需进一步提高性能,降低价格,增强实用性。
硬件接口及软件环境的深入开发
进一步开发各种数据手套通用的接口及专用软件,使其具备良好的可移植性、可扩充性,方便以后用户系统的更新升级。
进一步提高设计工艺要求
在数据手套及其部件的选材、设计组装等方面下功夫,既要佩戴方便舒适,又要易于组装维护,进一步提高整体性能。
目前各种数据手套的比较
国内外许多研究单位和公司在数据手套的研制开发方面做了大量的工作,并推出了一些采用不同传感器的数据手套产品,得到较成功的应用。下面分析几个主要产品的各项性能指标。
Dataglove是5DT公司于1995年推出的数据手套系列（以5DTDataglove5为例）
- 手套本体材料：弹性纤维,手套尺寸固定,适用面广,分左右手
- 传感器：光纤传感器
- 自由度(DOF)：5个手指的弯曲传感器、手掌的倾斜和转动
- 空间定位：无,可通过增加三维跟踪器来实现
- 测量精度：8位A /D采样,漂移扰动小
- 最大采样频率：200 Hz
- 接口: RS232：支持无线收发
- 应用情况：被设计为三维输入设备,适合对虚拟世界的控制和操作,手势识别,物理疗法和复原,远程机器人的控制等
评价：质量有保证,适合大众的尺寸,左右手版本,佩戴非常舒适；PC的ISA总线可同时连接4个手套,开放式结构,鼠标仿真模式, VR 程序驱动,有DOS和W indows下的软件开发包;但是对不同用户需要重新校正,同样也存在疲劳问题。
Cyberglove是Virtual Technologies公司于1991年推出的
- 手套本体材料：弹性纤维,可拉伸,尺寸固定
- 传感器：专利技术“压电传感器”
- 自由度(DOF) ：手指关节的弯曲和外展、大拇指、手掌弯曲、手腕的弯曲和外展
- 空间定位：手腕处可安装六自由度跟踪器
- 测量精度：0. 5°
- 最大采样频率：112 Hz
- 接口：RS232，最高波特率115. 2 kbp s
- 应用情况：可用于是虚拟现实、遥控机器人、医学、CAD、手语识别、视频游戏、音乐生成、手功能分析等
评价：质地很轻,佩戴舒适,手掌处成网状易于通风,指尖露出,便于用户抓取、写字等;专利“压电传感器”具有良好的线性和强健性,体型细小、柔软,对弯曲基本无阻力,受安装位置和手指的弯曲曲率半径影响很小,保证传感器准确可重复地测量手部运动,并对所有用户校正标准一致。
