[發明專利]一種電觸覺適宜刺激控制裝置

在審

• 申請號: 201910482830.5
• 申請日: 2019-06-04
• 公開（公告）號: CN110096158A
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 陳慧玲;朱輝生;王玉璽;周近;曹禺
• 申請（專利權）人: 江蘇第二師范學院（江蘇省教育科學研究院）
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G05B19/042
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 杜靜靜

本發明涉及一種電觸覺適宜刺激控制裝置，尤其是借助電觸覺技術為可穿戴式或便攜式的智能設備提供電觸覺適宜刺激顯示方案。該裝置中控制器作為整個裝置的控制中樞，根據構建的電觸覺環境交互模型，對采集的溫濕度、噪聲、電刺激參數、刺激施加時間以及預先輸入的操作者性別、年齡、教育背景、職業等信息進行數據融合，進而產生電觸覺刺激的控制波形，通過電壓調整、電壓?電流轉換以及刺激陣列電流分配等模塊，最后形成電觸覺顯示陣列的刺激信號，實現了電觸覺閉環控制。本發明基于觸覺暫留效應，通過多路開關的動態切換，還能夠實現電極陣列的動態掃描顯示，極大的降低了電觸覺顯示裝置的設計成本。

技術領域

本發明涉及一種控制裝置，具體涉及一種電觸覺適宜刺激控制裝置，屬于電刺激控制裝置技術領域。

背景技術

電刺激是觸覺顯示中占據重要地位的技術方法和手段。觸覺顯示借助外部刺激使人類通過膚覺感知圖文、影像、色彩、紋理、溫度以及觸覺力等信息，是領域內的前沿和研究熱點。觸覺顯示在技術方法方面主要包括氣動刺激、振動刺激、射流刺激和電刺激等。電刺激與機械刺激、振動刺激、氣動刺激、超聲刺激和射流刺激等方式相比具有體積小、響應快、信息密度高、低功耗、柔順性好且簡單方便的優點，是感覺功能替代、康復治療、智能假肢、遠程操控、虛擬現實及游戲娛樂等領域最有前途的技術方法，也是研究人員重點關注的研究方向。但是，電觸覺顯示技術在應用方面遇到的最大障礙在于電極皮膚接觸阻抗的不穩定，易引起感覺的不舒服，甚至會產生刺痛感。如何通過技術手段克服電觸覺的缺點和不足是領域內的研究重點。

電觸覺在感知過程中，可控的電流刺激通過電極接觸皮膚作用于內部的感覺纖維最終在大腦的感覺功能區形成感知。通過調節刺激參數電刺激能夠使人產生觸壓、輕拍、振動、麻、癢和痛等多種有差別的觸感覺，進一步的，通過陣列式或者環繞式的多點刺激以及分時多參控制實現豐富的觸覺渲染和紋理表達。

電觸覺的環境交互模型和感知過程中的非穩態特性研究是電觸覺顯示領域的基礎性問題，通過交互模型和感知特性研究能夠掌握電觸覺顯示相關的控制方法以及電刺激裝置的基礎數據，從而為未來觸覺顯示器的設計開發提供設計依據和基本準則，對未來觸覺顯示器的研制與開發具有重要價值。

電觸覺環境交互模型具有明顯的多變量、非線性和強耦合特征。在交互過程中，電觸覺不僅與電刺激本身的電壓、電流、頻率、波形、刺激脈沖寬度和脈沖間隔等參數有關，而且與電極皮膚接觸部位、接觸面積、被試的年齡、性別和心理傾向等因素有關，此外，電觸覺還受外界周圍的溫度、濕度以及電磁噪聲等環境因素的影響。電觸覺各要素之間并非是嚴格的線性關系，尤其是環境因素的引入，使交互過程充滿了顯著的非線性特性，這主要是因為，環境因素不僅影響電極皮膚接觸阻抗的大小而且還會影響人的心理，進而在交互過程中產生某種心理傾向，使人放松或者恐慌，而這種心理狀態反過來還會影響電極皮膚接觸環境，諸如驚慌或者恐懼狀態下人容易出汗，使得接觸阻抗不穩定。所以，在建模過程中，要綜合考慮多影響因子對感知輸出的影響特性，以及多因子之間的相互耦合關系，進而構建多輸入、強耦合、非線性的環境交互模型，在此基礎上，研究非線性因子之間的解耦方法，實現將非線性轉換為線性的關系特性，從而能夠達到簡單、方便、穩定和可靠的電觸覺顯示應用控制。

電觸覺是學者們一直關心的問題，電觸覺的典型應用主要包括主從機器人、感覺功能替代、義肢感覺重建、觸覺康復醫療(按摩)、微創手術觸覺反饋，以及虛擬現實中通過視觸覺融合顯示器或可穿戴式交互設備實現人與虛擬對象的沉浸式交互等。上述應用均為當前的熱點方向和前沿。