[實用新型]用于產生人工觸覺的電刺激器系統

有效

• 申請號: 201720396308.1
• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN206726169U
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 劉連慶;趙亮;賀凱;于鵬;楊鐵;楊洋
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 王倩

技術領域

本實用新型涉及虛擬現實領域。具體地說是用于幫助增強臨場感的觸覺虛擬現實系統。

背景技術

視覺、觸覺、聽覺是生物最主要的感覺組成。雖然有研究表明人和動物感知外界世界的信息80％來源于視覺，但涉及精細、靈巧型的操作，觸覺仍然是最可靠的感知方式。

虛擬現實技術是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，它利用計算機生成一種模擬環境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真使用戶沉浸到該環境中。當前的虛擬現實技術，主要利用雙目視覺原理，通過VR眼鏡、VR頭盔等方式，配合環繞立體聲音響系統，創造一個有立體感的虛擬環境。未來，虛擬現實不僅僅會涉及視覺、聽覺，還會涉及嗅覺、觸覺、味覺，構造一個與真實環境相似的世界。

在各種人工產生虛擬觸覺的技術手段中，電觸覺由于刺激靈活、實現裝置簡單、刺激脈沖幅值、頻率等精確可控等特點而受到廣泛關注。電觸覺是模擬皮膚感受器對于物理刺激產生感受電位原理，通過刺激脈沖直接作用于分布有機械感受器的皮膚表面，并在刺激過程中通過改變施加刺激脈沖的幅值、頻率等參數并考慮電極分布、電流極性等因素而使人產生如振動感、壓力感等感覺的一種觸覺再現方法。

現有技術主要通過單點或線性分布的電極對皮膚感受器進行刺激產生觸覺。此類方法僅適合進行用于電觸覺機理研究的實驗，而不能在二維分布的平面上產生復雜的觸覺模式，因而不能應用于產生虛擬現實環境中實時變化的真實觸覺體驗。

實用新型內容

針對上述技術不足，本實用新型提供了一種在二維平面皮膚上產生人工觸覺的電刺激器系統，能夠在皮膚上產生真實的震動、壓迫體驗，并具有良好的位置分辨能力。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：用于產生人工觸覺的電刺激器系統，包括順序連接的微控制器、恒流輸出調節電路、切換電路和電極板；所述微控制器與切換電路連接，還通過通訊接口電路與上位機連接。

所述切換電路包括多個開關單元。

所述開關單元包括兩個高壓光電開關；兩個高壓光電開關的陽極與微控制器連接，兩個高壓光電開關的陰極接地；第一高壓光電開關的集電極與恒流輸出調節電路的輸出端連接，第一高壓光電開關的發射極、第二高壓光電開關的集電極連接并作為輸出端與電極板連接；第二高壓光電開關的發射極接地。

所述電極板為柔性電極板。

所述電極板基材為聚酰亞胺薄膜。

所述電極板為采用FPC工藝制造的電極板。

所述電極板上分布多個電極點，每個電極點通過引線與開關單元連接。

所述電極點成方形陣列均勻分布。

本實用新型的有益效果及優點：

1.本實用新型具有結構簡單、操作方便、能夠不改變電路結構條件下實現多種模式的刺激，與現有技術相比，本實用新型能夠實現更為靈活多樣的電刺激模式。

2.本實用新型的開關單元采用兩個晶體管輸出型高壓光電開關，可以構成可編程的單刀雙擲開關陣列，通過開關狀態實現不同的觸覺。

3.本實用新型采用的電路板為聚酰亞胺薄膜基材的柔性電路板，能夠良好貼合人體皮膚。

4.本實用新型以高壓光電開關陣列方案為基礎，通過改變開關狀態組合實現多重模式的電刺激。能夠在皮膚上產生真實的震動、壓迫體驗，并具有良好的位置分辨能力。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為圖1中恒流輸出調節電路；

圖3為圖1中切換電路中單個開關單元結構示意圖；

圖4a為開關單元高邊導通低邊截止的狀態示意圖；

圖4b為開關單元高邊截止低邊截止的狀態示意圖；

圖4c為開關單元高邊截止低邊導通的狀態示意圖；

圖5a為RA刺激模式示意圖；

圖5b為PC刺激模式示意圖；

圖5c為SAI刺激模式示意圖；

圖6為圖1中刺激電極板結構示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。