[發明專利]一種寬幅摩擦力控制觸覺再現裝置及方法

有效

• 申請號: 201510051401.4
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104679241B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 陸熊;李沅澤;趙麗萍;胡敘勝
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06F3/041
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 賀翔

1.一種寬幅摩擦力控制觸覺再現裝置的再現方法，其特征在于，所述寬幅摩擦力控制觸覺再現裝置包含觸覺再現模塊、壓電陶瓷激勵信號生成模塊、電極陣列激勵信號生成模塊、電磁鐵陣列激勵信號生成模塊、手指位置檢測模塊、粘貼于操作者手指背上的永磁鐵以及中央控制模塊；

所述觸覺再現模塊包含觸覺面板、透明電極陣列模塊、壓電陶瓷陣列模塊、電磁鐵陣列模塊、顯示模塊和殼體；

所述觸覺面板為透明的、剛性的矩形板；所述透明電極陣列模塊設置在觸覺面板上；所述壓電陶瓷陣列模塊固定在觸覺面板的下表面和殼體之間；所述電磁鐵陣列固定在顯示模塊下方；所述顯示模塊固定在觸覺面板的正下方，且與觸覺面板之間留出足夠觸覺再現模塊振動的空間；

所述壓電陶瓷激勵信號生成模塊和壓電陶瓷陣列模塊電氣相連，所述電極陣列激勵信號生成模塊和透明電極陣列模塊電氣相連，所述電磁鐵陣列激勵信號生成模塊和電磁鐵陣列模塊電氣相連，所述中央控制模塊分別和壓電陶瓷激勵信號生成模塊、電極陣列激勵信號生成模塊、電磁鐵陣列激勵信號生成模塊、顯示模塊、手指位置檢測模塊電氣相連；

所述壓電陶瓷激勵信號生成模塊用于產生壓電陶瓷陣列模塊的驅動信號；

所述電極陣列激勵信號生成模塊用于產生透明電極陣列模塊的驅動信號；

所述電磁鐵陣列激勵信號生成模塊用于產生電磁鐵陣列的驅動信號；

所述顯示模塊用于顯示虛擬物體；

所述手指位置檢測模塊用于檢測人手指位置；

所述中央控制模塊用于控制壓電陶瓷激勵信號生成模塊、電極陣列激勵信號生成模塊、電磁鐵陣列激勵信號生成模塊產生驅動信號，控制手指位置檢測模塊獲取操作者手指位置，以及控制顯示模塊顯示虛擬物體；

所述再現方法包含以下步驟：

步驟1）獲取操作者手指位置，根據當前再現的觸覺模式計算生成手指位置處所需的等效摩擦力系數值μ；

步驟2）獲取透明電極陣列模塊的上表面的初始摩擦力系數μ0、透明電極陣列模塊所能增大的最大摩擦力系數△μ_EV、壓電陶瓷陣列模塊所能減小的最大摩擦力系數△μ_SQZ、以及電磁鐵陣列模塊所能增大或減小的最大摩擦力系數△μ_MAG；

步驟3）若μ∈[μ0 , μ0+△μ_EV] ，控制透明電極陣列模塊，產生電致振動效應，增大操作者手指與透明電極陣列模塊的上表面之間的摩擦力系數至μ；

步驟4）若μ∈[μ0-△μ_SQZ , μ0]，控制壓電陶瓷陣列模塊，產生空氣壓膜效應，減小操作者手指與透明電極陣列模塊的上表面之間的摩擦力系數至μ；

步驟5）若μ∈[μ0+△μ_EV , μ0+△μ_EV+△μ_MAG]，首先控制電磁鐵陣列模塊與永磁鐵之間產生吸引力，使操作者手指與透明電極陣列模塊的上表面之間的摩擦力系數增大到最大，然后控制透明電極陣列模塊將操作者手指與透明電極陣列模塊的上表面之間的摩擦力系數增大至μ；

步驟6）若μ∈[μ0-△μ_SQZ-△μ_MAG , μ0-△μ_SQZ]，首先控制電磁鐵陣列模塊與永磁鐵之間產生排斥力，使其將操作者手指與透明電極陣列模塊的上表面之間的摩擦力系數減小到最小，然后控制壓電陶瓷陣列模塊將操作者手指與透明電極陣列模塊的上表面之間的摩擦力系數減小至μ；

步驟7），如果μ? [μ0-△μ_SQZ-△μ_MAG , μ0+△μ_EV+△μ_MAG]，則根據系統能再現的摩擦力范圍，對當前再現的觸覺模式中的摩擦力系數進行處理，使其屬于系統能再現的范圍。

2.根據權利要求1所述的寬幅摩擦力控制觸覺再現裝置的再現方法，其特征在于，所述顯示模塊采用液晶顯示模塊。

3.根據權利要求1所述的寬幅摩擦力控制觸覺再現裝置的再現方法，其特征在于，所述殼體采用硬質海綿。

4.根據權利要求1所述的寬幅摩擦力控制觸覺再現裝置的再現方法，其特征在于，所述永磁鐵為扁圓柱形銣磁鐵。

5.根據權利要求1所述的寬幅摩擦力控制觸覺再現裝置的再現方法，其特征在于，所述透明電極陣列包含至少兩層透明電極陣列層，且每層透明電極陣列層上均加工有絕緣層。