[發明專利]一種用于增強現實的多模態觸覺感知可穿戴裝置

在審

• 申請號: 202110259345.9
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN112905016A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 楊文珍;張磊;劉海濤;肖建亮;姚新偉;王效琦;鮑虎軍
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種用于增強現實的多模態觸覺感知可穿戴裝置。包括左右手套、集控板、接繼板、溫變片、振動件和輕質電纜；每個手套的五個手指尖的指腹位置均布置有振動件，每個手套的手背的中部均布置有溫變片；輕質電纜分為前后輕質電纜，每個手套的振動件和溫變片經前輕質電纜和接繼板連接，兩塊接繼板經后輕質電纜和集控板連接；虛擬場景的觸覺信號通過藍牙無線傳輸給集控板，經過集控板的信號處理傳輸給溫變片和振動件，產生可被人手皮膚感知的冷熱感和震動感的多模態觸覺。本發明體積小、重量輕、成本較低、安裝方便、便于攜帶且不妨礙雙手自然人機交互，能夠再現虛擬場景的多模態觸覺信息，為感知增強現實環境的虛擬觸覺信息提供感知方式。

技術領域

本發明涉及一種觸覺反饋裝置，尤其是涉及一種用于增強現實的多模態觸覺感知可穿戴裝置。

背景技術

增強現實技術是一種把真實世界和虛擬世界進行無縫融合的新技術，把原本在現實世界的一定時空范圍內很難體驗到的信息，通過顯示技術、交互技術、傳感技術和CG技術等，將虛擬信息呈現到真實世界，被人類感官所感知，從而達到超越現實的感官體驗。

然而，目前增強現實的虛擬信息主要表現在視覺感知和聽覺感知，還較少涉及觸覺感知。作為人體分布最廣且最基本的感覺，觸覺列為“五感”之首，被譽為人類認知世界之母。因此，很有必要實現增強現實環境的觸覺信息感知，給用戶呈現一個觸覺真實的新環境，拓寬增強現實技術在軍事、醫療、建筑、教育、工程、影視和娛樂等領域的應用。

觸覺信息感知是指利用計算機和特定的算法來計算用戶與虛擬環境之間的交互作用，然后使用觸覺反饋設備在用戶身上復現，刺激皮膚中的各種感受小體使人們真實地感受到虛擬環境中的觸覺信息。當前的研究工作已經通過不同的執行器實現了振動、溫度、壓力等多種觸覺信息反饋。

在振動觸覺反饋的相關研究工作中，Zeng等人研制了一種可以放置在眼睛周圍的裝置，該裝置采用柔性振動器(12*12*6mm)產生震動感覺。他們通過兩種虛擬場景，研究了震動在改善VR沉浸感中的作用。Yu等人研發了一種可覆蓋于皮膚表面的無創裝置，通過調節32個制動器，實現震動觸覺的模擬。Ninu等人研制了一種可以獨立調節振動幅度和頻率的觸覺刺激裝置。Dharma等人提出了一種由60個振動觸覺執行器組成的觸覺背心，可以產生具有復雜空間和時間特性的多種觸覺模式。Lehman等人研制的FeelSleeve觸覺裝置，采用壓電驅動，通過調節音頻激勵器的激勵電場來產生震動。

在溫度觸覺反饋的相關研究工作中，Chen等人提出熱感是材料識別的重要因素之一，Ho等人驗證了溫度信息在材料識別和定位中的作用。陳從顏等人設計了一種基于復合帕爾貼模塊的溫度觸覺感知模塊，并分析了其應用在特殊人群導航領域的可行性。Peiris將帕爾貼集成在HMD設備中，直接向使用者面部提供溫度反饋，提高了交互時的沉浸感。Peng采用熱反饋模擬了一種穿透身體的感覺。

雖然上述研究工作實現了不同使用場合下的單模態觸覺反饋，但是對于增強現實環境中多模態觸覺信息感知而言仍有不足。Song等人設計了一種采用振動、溫度和壓力變化實現信息提醒的腕帶式設備。Ranasinghe等人研制了一款頭盔式觸覺感受裝置，可以感受風和溫度。他們在頭盔的腦后部添加了一個小型精油瓶，通過壓電擴散器和導管將精油噴到鼻子的位置，并使用微型風扇將揮發性精油吹入鼻腔，同時在頭盔下部添加風扇，向下頜及面部吹風以產生風的感覺，并在頸部安裝半導體致冷器以產生溫度感覺。Wolf等人研制了一種觸覺感受裝置，通過在HMD設備與面部皮膚接觸的一面安裝半導體致冷器和微型振動器來模擬振動感和冷熱感。并通過用戶使用體驗研究了裝置的性能，結果表明該裝置在游戲場景下具有較好的用戶體驗。

綜上所述，目前觸覺感知裝置在多模態性、便攜性和易用性等方面還存在諸多不足。本發明創新地設計了一種多模態觸覺感知可穿戴裝置，可以產生符合手部皮膚感知特性的冷熱感和震動感，提升了增強現實環境的真實性，為自然人機交互過程中觸覺反饋提供了一種可行的解決方案。

發明內容