[發(fā)明專利]一種基于超聲波聚焦的觸覺(jué)反饋系統(tǒng)及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510833840.0
• 申請(qǐng)日: 2015-11-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105426024A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳建;孫曉穎;林琳;王波;燕學(xué)智;溫泉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F3/043
• 分類號(hào): G06F3/043
• 代理公司: 吉林長(zhǎng)春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

1.一種基于超聲波聚焦的觸覺(jué)反饋系統(tǒng)，其特征在于：包括超聲波傳感器陣列、手部位置掃描定位電路、主控制電路、傳感器陣列聚焦電路，其中：

(1)超聲波傳感器陣列由若干個(gè)收發(fā)一體的超聲波傳感器構(gòu)成，用于實(shí)現(xiàn)手部位置掃描和超聲波陣列聚焦功能；

(2)手部位置掃描電路

包括收發(fā)控制電路和多點(diǎn)位置提取電路，收發(fā)控制電路用于控制超聲波傳感器的發(fā)射和接收；

多點(diǎn)位置提取電路用于超聲波陣列的位置掃描和位置信息的提取，多點(diǎn)位置提取電路根據(jù)超聲波傳感器發(fā)射和接收的時(shí)間差，完成手部多點(diǎn)位置信息的提取，確定手部位置；

(3)主控制電路

主控制電路包括主控制器、信號(hào)發(fā)生電路、接口電路，所述主控制器根據(jù)手部位置信息，確定超聲波聚焦點(diǎn)，根據(jù)聚焦點(diǎn)，計(jì)算出每個(gè)超聲波傳感器發(fā)射超聲波的時(shí)延，將時(shí)延送給相應(yīng)傳感器聚焦驅(qū)動(dòng)電路，并產(chǎn)生同步信號(hào)，讓各通道同步工作，實(shí)現(xiàn)多通道超聲波聚焦信號(hào)的控制，產(chǎn)生超聲波聚焦；

所述信號(hào)發(fā)生電路包括正弦波、脈沖波、三角波發(fā)生電路以及調(diào)制電路，用于產(chǎn)生超聲波聚焦信號(hào)，調(diào)制后的信號(hào)由傳感器陣列聚焦電路發(fā)送出去，實(shí)現(xiàn)聚焦，產(chǎn)生手部能夠感知的聲發(fā)射力；

(4)傳感器陣列聚焦電路

用于完成各通道超聲波聚焦信號(hào)的驅(qū)動(dòng)及發(fā)射延時(shí)的控制，包括聚焦通道1～N，每個(gè)聚焦通道均包括驅(qū)動(dòng)電路、控制器；

驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波聚焦信號(hào)的放大，該部分電路同時(shí)也用作手部位置掃描的超聲波發(fā)射電路，只是發(fā)射的信號(hào)形式和增益不同。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超聲波聚焦的觸覺(jué)反饋系統(tǒng)，其特征在于：超聲波傳感器陣列采用多個(gè)收發(fā)一體的超聲波傳感器構(gòu)成超聲波矩形或圓形陣列。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲波聚焦的觸覺(jué)反饋系統(tǒng)，其特征在于：超聲波傳感器采用壓電陶瓷超聲波傳感器或壓電薄膜式超聲波傳感器，頻率為40KHz或者25KHz，傳感器的外徑小于10mm，超聲波傳感器可以是直插式，也可以是貼片式。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超聲波聚焦的觸覺(jué)反饋系統(tǒng)，其特征在于：所述手部位置掃描電路的收發(fā)控制電路用于每個(gè)超聲波傳感器的發(fā)射與接收手部位置掃描信號(hào)，每個(gè)超聲波傳感器對(duì)應(yīng)一個(gè)收發(fā)控制通道，若有N個(gè)超聲波傳感器，則有N個(gè)收發(fā)控制通道，每個(gè)收發(fā)控制通道包括一個(gè)超聲波接收電路、一個(gè)超聲波接收電路、一個(gè)收發(fā)切換電路及一個(gè)超聲波傳感器。

5.一種基于超聲波聚焦的觸覺(jué)反饋方法，其特征在于包括下列步驟：

(1)啟動(dòng)手部位置掃描，確定手部位置坐標(biāo)；

(2)根據(jù)手部位置，確定超聲波聚焦點(diǎn)個(gè)數(shù)K及各聚焦點(diǎn)坐標(biāo)；

(3)計(jì)算各聚焦點(diǎn)與各傳感器之間的距離，確定最小距離，并將距離最短的超聲波傳感器作為參考陣元；

(4)計(jì)算聚焦點(diǎn)與各陣元距離與最短距離的距離差，并根據(jù)聲速計(jì)算出相應(yīng)的時(shí)間差，也就是時(shí)延值；

(5)按照時(shí)延值大小順序控制對(duì)應(yīng)的超聲波傳感器發(fā)送超聲波聚焦信號(hào)，參考陣元最后發(fā)射超聲波聚焦信號(hào)；

(6)完成一個(gè)聚焦點(diǎn)聚焦后，采用循環(huán)的方式，完成K個(gè)聚焦點(diǎn)的超聲波聚焦。

(7)完成K個(gè)聚焦點(diǎn)超聲波聚焦后，返回到步驟(1)。