[發(fā)明專利]體感指環(huán)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110314017.0
• 申請日: 2011-10-17
• 公開（公告）號: CN102436303A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設計）人: 陳穎;仇昕;邵毅;展慶波;蔣士正
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 陳建和

技術領域

本發(fā)明涉及基于人工肌肉的人機交互裝置，尤其是一種體感指環(huán)（手套），是一種利用人工肌肉，構(gòu)造出一種纏繞手指的裝置，可以被程序控制從而在合適的時間對手指施加壓力。該裝置可以實現(xiàn)一定程度的模擬觸覺并實現(xiàn)人機交互中的體感輸出功能。

背景技術

目前觸覺手套(Haptic?Glove)有很多人研究，并有一些樣品可以見到。現(xiàn)在的技術方案使用的多是大型的抱住整個手的設計，或者用人工肌肉順著手掌骨骼方向排列。因為這些設計要么體型龐大，要么攜帶不便，成本高昂，體感觸覺效果不佳，導致了市場上體感輸出產(chǎn)品的缺少。

目前已經(jīng)有公司和研究單位給出了體感輸入解決方案，如體感鼠標，kinect，三維手勢識別，等等。而作為人機交互的計算機體感輸出方面，更需要做的是在如何在用戶用手或身體控制電腦的同時，獲得相應的手部或其他身體部位的實際身體感受（體感）。由于身體的感受體非常眾多，諸如壓力，摩擦力，溫度，濕度，等等。

1.??????李曉鋒，梁松苗，李艷芳，王永鑫，徐堅。仿生材料電活性聚合物“人工肌肉”的研究進展。高分子通報。2008(Aug):134

2.??????張良平.人工肌肉臨床應用前景.?國際生物醫(yī)學工程雜志.2006年2月第29卷第1?期.

3.??????Tomoyuki?YAMBE,*Shigenao?MARUYAMA,?**Shintaro?AMAE,?et?al,?Application?of?the?shape?memory?alloy?for?the??artificial?internal?organs.??http://mec1.idac.tohoku.ac.jp/Welcome.html

4.??????Kyung-won?Moon?Dongseok?Ryu?Changmook?Chun?Yongkwon?Lee?Sungchul?Kang?Mignon?Park.?Development?of?a?slim?haptic?glove?using?McKibben?aritificial?muscles.?SICE-ICASE?International?Joint?Conference?2006.?Oct.?18-21。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是：提出一種體感輸出裝置，尤其是體感指環(huán)，這是本方案要解決的主要問題。針對手部甚至身體中的最為敏感的和最重要的感覺器官手指，本發(fā)明設計環(huán)繞指尖的人工肌肉構(gòu)成的指環(huán)，通過程序控制下的人工肌肉的收縮改變指環(huán)的周長，給予手指合適的壓力，并實現(xiàn)手部的體感輸出，尤其是人機交互中的手部體感輸出功能。

本發(fā)明的技術方案是：體感指環(huán)，其特征是利用記憶合金絲在手指尖貼合，每指尖采用二段1厘米左右的由形狀記憶合金材料絲構(gòu)成的人工肌肉，在手指尖的二段形狀記憶合金材料絲單元上的工作電壓1.5v，工作電流200-300mA；在手掌上貼合由4段由形狀記憶合金材料絲約2cm左右的人工肌肉，手掌單元的四段串聯(lián)的形狀記憶合金材料絲單元上工作電壓約3v，工作電流200-300mA。

在三至五個指尖單元和輔助手掌單元均單獨驅(qū)動，以形成具有空間分布特性的體感輸出。在三至五個的所有指尖單元全部串聯(lián)再施加電壓。

在三至五個的所有指尖單元全部串聯(lián)再接外加電壓，從而獲得最簡單的電路以及統(tǒng)一的觸覺感受；所有指環(huán)所有指環(huán)與手指貼合時都用粘連結(jié)構(gòu)調(diào)整周長，以適應不同的人手。

所有每指尖采用2段1厘米左右的由形狀記憶合金材料絲構(gòu)成的人工肌肉構(gòu)成一指環(huán)，指環(huán)與手指貼合時都用粘連結(jié)構(gòu)調(diào)整周長，以適應不同的人手。

在手指尖采用的是2段1厘米左右的由記憶合金材料絲（鎳鈦合金絲），直徑為0.62毫米，在手掌上是4段約2cm左右（SMA絲串聯(lián)）的人工肌肉，直徑為0.62毫米。

本發(fā)明的有益效果是：套在指尖的指環(huán)，使用的是形狀記憶合金SMA，不需要空氣泵，這大幅降低了功耗，目前驅(qū)動四個指環(huán)，只需要3v電池就可以了。手掌加上指環(huán)也僅需6v電池即可運行。僅用SMA橫向包裹手指尖端，由于手指的敏感性，很小的力和形變就會有很強烈的人體感受。使用Kinect作為體感輸入設備，在手上沒有其他感應裝置，這個指環(huán)是純粹的電腦向人體的輸出觸覺的裝置。此方面的電路可以通過pcb制作，電源設計做的非常小，可以做到基本不影響手部動作。?

利用人工肌肉，構(gòu)造出一種纏繞手指的裝置，可以被程序控制從而在合適的時間對手指施加壓力。該裝置可以實現(xiàn)一定程度的模擬觸覺并實現(xiàn)人機交互中的體感輸出功能。