[實用新型]一種應用阻抗檢測的自適應多點靜電力觸覺再現裝置

有效

• 申請號: 201420098225.0
• 申請日: 2014-03-05
• 公開（公告）號: CN203746014U
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 燕學智;董楊瑞;孫曉穎;王慶龍;吳賽文;王婷婷
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06F3/044
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

技術領域

本實用新型涉及一種自適應多點靜電力觸覺再現裝置。

背景技術

觸覺再現在人機交互和虛擬現實中都扮演著非常重要的角色，可以提供更真實的沉浸感，使用戶的感受得到大幅度的提升。結合觸覺感受，可以使虛擬現實變得更為自然，提高系統的穩定性和可靠性。目前，國內外有著多種觸覺再現解決方案，如基于機械振動的觸覺再現，基于磁懸浮的觸覺再現以及基于靜電力的觸覺再現等。

基于機械振動的觸覺再現是利用實際的機械振動來模擬觸覺感受，可以實現較高的作用力輸出和再現剛度，能夠滿足紋理再現所需的高精度，但功耗比較大且機械結構復雜昂貴。基于磁懸浮的觸覺再現是通過磁懸浮技術來施加方向力和力矩，再現的觸覺精度高，但是實現觸覺的設備笨重，難以在移動終端設備上應用。

基于靜電力的觸覺再現技術是通過給覆蓋有絕緣層的導電極板施加不同的驅動信號來產生不同觸覺感受的技術。基于電觸覺技術的研究是國際上研究觸覺反饋的一大熱點，屬于前沿技術。與其他幾種觸覺再現解決方案相比，基于靜電力的觸覺再現有以下幾方面的優勢：

1、工作過程中驅動信號的電壓高但是電流很小，系統功耗很低。

2、絕緣層和皮膚上感應電荷之間的作用力來使皮膚變形，沒有機械移動，基本上沒有噪聲。

3、只有移動的手指才能感受到觸覺力，系統中同一時刻只有一個手指移動時，可以實現多點交互。

4、裝置尺寸小，結構簡單，可以在移動終端設備上應用。

靜電力觸覺再現作為一種優點突出的觸覺再現技術，一直受到關注。孫曉穎等在題為“一種基于靜電力觸覺再現的裝置”的中國專利CN202694260U中公開了一種基于靜電力的觸覺再現技術。由手指跟蹤單元檢測手指在觸覺屏上的位置，根據電信號與觸覺力對應關系，生成表示相應觸覺力的電信號參量，從而實現觸覺再現。但是觸覺再現信號不能根據實際情況進行自適應的改變，而且只能夠實現單點的觸覺再現。Ivan?POUPYREV等在題為“Electrovibration?for?Touch?Surfaces”的美國專利US2011/0285667A1中公開了一種基于電震動的觸覺再現交互技術，利用電荷間的庫侖吸引力以及手指滑動產生的摩擦力來模擬觸覺感受，給出了觸覺反饋的原理及相關的初步實驗，并沒有給出具體的實現方法。Ville?Makinen等在題為“Techniques?for?Presenting?Vehicle‐related?Information”的美國專利US8026798B2中提出了利用觸覺再現裝置呈現車輛相關信息的方法。給出了觸覺再現面板在方向盤上的擺放方式以及所呈現的車輛相關信息的編碼方式。可以通過觸覺再現面板提供觸覺感受的不同來給出車輛速度等信息。但這種方式僅能提供一些比較簡單的可以量化的信息，并不能提供豐富的觸覺感受。

發明內容

本實用新型提供一種應用阻抗檢測的自適應多點靜電力觸覺再現裝置，以解決目前觸覺再現系統精度低、實時性差、穩定度不高以及不適合嵌入到便攜設備中等問題。

本實用新型采取的方案是：包括：

靜電力控制器，包括處理器，該處理器與數模轉換器連接，該數模轉換器與低通濾波器連接，電源、存儲器、編程接口、晶振、阻抗檢測接口，幅度控制接口，按鍵顯示接口分別與處理器連接；

信號驅動單元，包括集成運算放大器與射極跟隨器電路相連接，射極跟隨器電路與晶體管放大電路相連接；

阻抗檢測單元，包括順序電連接的交流電流源，信號拾取器、信號放大器、信號解調器、模數轉換器以及阻抗信號分析處理器；

觸覺再現屏，包括相互連接的玻璃底板、透明導電極板陣列和透明絕緣膜。

本實用新型具有以下的優點：

1、采用直接數字頻率合成技術合成波形，得到的波形頻率分辨率高、輸出頻點多、頻率切換速度快、可以產生任意波形、全數字化實現、便于集成、體積小、重量輕。

2、數模轉換器參考電壓取前級波形的形式控制輸出波形的幅度，可以實現波形幅度的程序控制，輸出波形幅度精度高，穩定性好。

3、信號驅動單元采用負反饋的放大電路，可以有效的抑制溫度等外界因素對電路的影響，提高電路的穩定性。集成運算放大器接成同相比例放大器的形式，放大倍數修改方便。

4、工作過程中驅動信號的電壓高但是電流小，系統功耗低，可以應用在對功耗要求比較高的移動終端上。

5、絕緣層和皮膚上感應電荷之間的作用力來使皮膚變形，沒有機械移動，基本上沒有噪聲。