[發(fā)明專利]一種多陣列的指尖觸覺(jué)交互裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710382607.4
• 申請(qǐng)日: 2017-05-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107247523B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方斌;黃鑄棟;孫富春;劉華平;張文亮;陳文丹;楊超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F3/0362
• 分類號(hào): G06F3/0362;G06F3/044;H03K17/96;B25J19/02
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本發(fā)明涉及一種多陣列的指尖觸覺(jué)交互裝置，屬于人機(jī)交互設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。該交互裝置包括布設(shè)在一塊柔軟電路板上的電容式多陣列傳感器、主控板以及數(shù)據(jù)采樣芯片；所述電容式多陣列傳感器包括上感應(yīng)極板、下感應(yīng)極板以及固定于上、下感應(yīng)極板間的若干個(gè)柔性微針，上、下感應(yīng)極板之間通過(guò)填充的等離子的化學(xué)鍵鍵合；其中，所述電容式多陣列傳感器的上、下感應(yīng)極板直接與數(shù)據(jù)采樣芯片的數(shù)模接口連接，所述數(shù)據(jù)采樣芯片和主控板之間通過(guò)I²C通信接口連接。本裝置可采集來(lái)自用戶接觸力的大小和分布，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，判斷用戶的動(dòng)作指令；本裝置適應(yīng)力強(qiáng)，集成方便，能實(shí)時(shí)、完整、快速地判斷指尖的動(dòng)作信息，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多陣列的指尖觸覺(jué)交互裝置，屬于人機(jī)交互設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來(lái)人機(jī)交互技術(shù)迅猛發(fā)展，它主要是通過(guò)相關(guān)設(shè)備識(shí)別人的各種行為動(dòng)作、身體姿勢(shì)等與計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)指令控制、游戲、操作訓(xùn)練等功能。但是目前很少有指尖觸覺(jué)的交互裝置。傳統(tǒng)的指尖觸覺(jué)的交互裝置包括傳感器、數(shù)據(jù)采樣芯片、以及設(shè)有主控芯片的主控板；數(shù)據(jù)采樣芯片的數(shù)模接口與傳感器連接用來(lái)采集傳感器數(shù)據(jù)，主控芯片與數(shù)據(jù)采樣芯片之間通過(guò)通信接口連接，由主控板對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析；其中，傳感器大多使用電阻式壓力傳感器，原理類似滑動(dòng)變阻器，通過(guò)外部壓力使裝置的電阻值發(fā)生變化，由于檢測(cè)電阻值需要使用電壓值利用分壓原理檢測(cè)電壓值來(lái)間接檢測(cè)電阻值，此方案的存在裝置的接線復(fù)雜，測(cè)量不準(zhǔn)、體積較大的缺陷(例如專利CN101258389B)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種多陣列的指尖觸覺(jué)交互裝置，本發(fā)明在獲取用戶指尖的操作信息后，可根據(jù)該操作信息判斷與機(jī)器人進(jìn)行人機(jī)交互的用戶意圖，進(jìn)一步地可通過(guò)對(duì)機(jī)器人的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

本發(fā)明提出的一種多陣列的指尖觸覺(jué)交互裝置，該裝置通過(guò)串口線與機(jī)器人連接，其特征在于，包括布設(shè)在一塊柔軟電路板上的電容式多陣列傳感器、設(shè)有I²C通信接口的主控板以及設(shè)有數(shù)模接口和I²C通信接口的數(shù)據(jù)采樣芯片；所述電容式多陣列傳感器包括上感應(yīng)極板、下感應(yīng)極板以及固定于上、下感應(yīng)極板間的若干個(gè)柔性微針，上、下感應(yīng)極板之間通過(guò)填充的等離子的化學(xué)鍵鍵合；其中，所述電容式多陣列傳感器的上、下感應(yīng)極板直接與數(shù)據(jù)采樣芯片的數(shù)模接口連接，所述數(shù)據(jù)采樣芯片和主控板之間通過(guò)I²C通信接口連接。

所述上、下感應(yīng)極板的結(jié)構(gòu)相同，均在1cm²單元內(nèi)集成有1個(gè)用于感知壓力大小的主感應(yīng)點(diǎn)和多個(gè)用于感知壓力移動(dòng)變化的次感應(yīng)點(diǎn)；其中，所述主感應(yīng)點(diǎn)為一圓形金屬板，該主感應(yīng)點(diǎn)與所述主控芯片的I²C通信接口連接；所述次感應(yīng)點(diǎn)為均勻分布在該主感應(yīng)點(diǎn)外圍的共心扇形金屬板，各次感應(yīng)點(diǎn)與所述數(shù)據(jù)采樣芯片對(duì)應(yīng)的數(shù)模接口連接。

所述主控板，用于通過(guò)支持向量機(jī)算法對(duì)所述數(shù)據(jù)采樣芯片采集的電容式多陣列傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取和分類，識(shí)別用戶的九種動(dòng)作，包括：垂直下壓、左旋轉(zhuǎn)、右旋轉(zhuǎn)、單擊、雙擊、前、后、左、右。

本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果：

1、本發(fā)明提出的指尖觸覺(jué)交互裝置，所采用的傳感器為電容式傳感器，在較小的區(qū)域可形成較多的觸覺(jué)感應(yīng)點(diǎn)，體積較小，接線簡(jiǎn)單、測(cè)量穩(wěn)定。

2、本發(fā)明提出的指尖觸覺(jué)交互裝置，無(wú)需外接設(shè)備如攝像頭等就可以進(jìn)行工作，不受環(huán)境光照、遮擋等影響，適應(yīng)力強(qiáng)，將傳感器直接固定在機(jī)器人指尖就可以穿戴使用，能實(shí)時(shí)、完整、快速地捕獲用戶動(dòng)作意圖，實(shí)現(xiàn)交互式的操作。

3、本發(fā)明的指尖觸覺(jué)交互裝置識(shí)別用戶動(dòng)作指令并準(zhǔn)確判斷，能應(yīng)用于人機(jī)交互、機(jī)器人操作等多種領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中電容式多陣列傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；