[發(fā)明專利]基于振動陣列的可穿戴式多維力反饋裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110023645.7
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112834024A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 麥金耿;王啟寧
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

本發(fā)明公開了基于振動陣列的可穿戴式多維力反饋裝置，應用于接觸力復現(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域，包括：手套本體、傳感器、振動器、電源模塊、主控模塊、通信模塊和驅(qū)動模塊；其中，所述傳感器獲取前端傳感數(shù)據(jù)；所述振動器安裝在所述手套本體內(nèi)；所述傳感數(shù)據(jù)通過所述通信模塊傳輸給所述主控模塊；所述主控模塊通過所述驅(qū)動模塊驅(qū)動所述振動器振動；所述電源模塊分別為所述主控模塊和所述驅(qū)動模塊供電。本發(fā)明將傳感數(shù)據(jù)映射轉(zhuǎn)換成振動器的振動幅值和頻率，從而反映接觸力的大小和方向，為實現(xiàn)穿戴和使用便攜性，振動器的控制和驅(qū)動采用低功耗小型電路設(shè)計，可整體嵌入手套中，使用電池供電，數(shù)據(jù)通信采用低功耗無線傳輸方式。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及觸覺復現(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說是涉及基于振動陣列的可穿戴式多維力反饋裝置及方法。

背景技術(shù)

目前人們進行遠程交流或者機械操控主要以視覺和聽覺反饋為主，且視覺和聽覺反饋技術(shù)在不斷創(chuàng)新和進步，但觸覺方面的反饋和復現(xiàn)技術(shù)還停滯不前，使得人們進行遠程交流仍局限于視覺和聽覺。對于遠程交流通話，視聽通信技術(shù)或許已能夠滿足用戶需求。但在遠程機械操控或遠程人機交互方面，僅僅是視聽的反饋還遠遠不夠，操作者無法憑借視覺和聽覺的信息準確判斷出機械操作的真實情況，而需要融入觸覺復現(xiàn)的裝置，模擬出信號采集端的觸覺信號，為操作者提供觸覺層面的反饋，增加遠程操作的真實感和沉浸式體驗。

觸覺包括力觸覺、紋理力觸覺、熱觸覺等，目前觸覺復現(xiàn)方面已經(jīng)有一定的研究，但對于復現(xiàn)觸覺震動，例如脈搏跳動，并未有有效的實現(xiàn)方法。

因此，有必要提出一種能夠復現(xiàn)出皮膚可感的震動觸覺信號的方法，提高真實感和實現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)，對復現(xiàn)出的觸覺信號進行調(diào)節(jié)，在醫(yī)療和電子產(chǎn)業(yè)有較大應用空間。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于振動陣列的可穿戴式多維力反饋裝置及方法，實時獲取執(zhí)行前端的傳感數(shù)據(jù)，將傳感數(shù)據(jù)映射轉(zhuǎn)換成振動器的振動幅值和頻率，從而反映接觸力的大小和方向，為實現(xiàn)穿戴和使用便攜性，振動器的控制和驅(qū)動采用低功耗小型電路設(shè)計，可整體嵌入手套中，使用電池供電，數(shù)據(jù)通信采用低功耗無線傳輸方式。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

基于振動陣列的可穿戴式多維力反饋裝置，包括：手套本體、傳感器、振動器、電源模塊、主控模塊、通信模塊和驅(qū)動模塊；其中，所述傳感器獲取前端傳感數(shù)據(jù)；所述振動器安裝在所述手套本體內(nèi)；所述傳感數(shù)據(jù)通過所述通信模塊傳輸給所述主控模塊；所述主控模塊通過所述驅(qū)動模塊驅(qū)動所述振動器振動；所述電源模塊分別為所述主控模塊和所述驅(qū)動模塊供電。

優(yōu)選的，在上述的基于振動陣列的可穿戴式多維力反饋裝置中，所述振動器至少設(shè)置有五個；所述振動器厚度小于或等于2mm，直徑小于或等于8mm。

優(yōu)選的，在上述的基于振動陣列的可穿戴式多維力反饋裝置中，所述通信模塊使用XG-BM02X藍牙透傳模塊，所述傳感器與所述通信模塊無線方式進行連接。

優(yōu)選的，在上述的基于振動陣列的可穿戴式多維力反饋裝置中，所述主控模塊用于給所述驅(qū)動模塊提供至少5路獨立的驅(qū)動信號以及對上位機命令做出響應。

優(yōu)選的，在上述的基于振動陣列的可穿戴式多維力反饋裝置中，主控模塊的MCU選用STMF030K6T6芯片。

優(yōu)選的，在上述的基于振動陣列的可穿戴式多維力反饋裝置中，所述驅(qū)動模塊用于直接驅(qū)動振動器；所述驅(qū)動模塊選用BDR6122T驅(qū)動芯片，所述驅(qū)動芯片有兩路輸入IN1，IN2，通過控制IN1，IN2的狀態(tài)進行控制所述振動器啟停，剎車，并通過所述主控模塊輸出的PWM調(diào)節(jié)所述驅(qū)動芯片的輸出電壓進而控制所述振動器的振幅與頻率。

優(yōu)選的，在上述的基于振動陣列的可穿戴式多維力反饋裝置中，所述電源模塊使用5V鋰電池對所述驅(qū)動模塊供電，并經(jīng)過AMS-1117電源芯片將電壓降至3.3V為所述主控模塊與所述通信模塊供電。