數據手套應用現狀及今后的研制發展方向
隨著虛擬現實技術在各個領域的廣泛應用,數據手套的研制和應用也不斷深入。例如,美國宇航局的Ames實驗室將數據手套工程化,使其成為可用性較高的產品,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,運用數據手套進行控制,從而觀察設計結果,考察性能指標。國內的研究也取得了一批成果。
目前數據手套研究領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難點,需要人們去探索和尋找解決之道。今后研究的重點主要有以下幾方面：
研制開發能夠滿足數據手套實用性要求的新型傳感器
傳感器技術是數據手套系統中的核心和關鍵技術,數據手套的交互能力直接取決于傳感器的性能。目前盡管已經出現了多種數據手套專用傳感器,但還不能真正滿足數據手套的實用性要求。因此采用新技術、新材料、新結構,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,是數據手套能否進一步商品化、實用化的關鍵。
研制技術成熟、性能可靠的力反饋裝置
手指力反饋裝置的研究對數據手套的應用意義重大。具有力反饋功能的數據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境,實現對虛擬環境的操作,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”,尤其對機器人技術力反饋是至關重要的。目前這種數據手套不多,技術不夠成熟,需進一步提高性能,降低價格,增強實用性。
硬件接口及軟件環境的深入開發
進一步開發各種數據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,方便以后用戶系統的更新升級。
進一步提高設計工藝要求
在數據手套及其部件的選材、設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。
目前各種數據手套的比較
國內外許多研究單位和公司在數據手套的研制開發方面做了大量的工作,并推出了一些采用不同傳感器的數據手套產品,得到較成功的應用。下面分析幾個主要產品的各項性能指標。
Dataglove是5DT公司于1995年推出的數據手套系列（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、手掌的傾斜和轉動
- 空間定位：無,可通過增加三維跟蹤器來實現
- 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
- 應用情況：被設計為三維輸入設備,適合對虛擬世界的控制和操作,手勢識別,物理療法和復原,遠程機器人的控制等
評價：質量有保證,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,開放式結構,鼠標仿真模式, VR 程序驅動,有DOS和W indows下的軟件開發包;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“壓電傳感器”
- 自由度(DOF) ：手指關節的彎曲和外展、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
- 應用情況：可用于是虛擬現實、遙控機器人、醫學、CAD、手語識別、視頻游戲、音樂生成、手功能分析等
評價：質地很輕,佩戴舒適,手掌處成網狀易于通風,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,保證傳感器準確可重復地測量手部運動,并對所有用戶校正標準一致。
