[發明專利]一種穿戴式振動觸覺體感裝置及控制方法

有效

• 申請號: 202110308867.3
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113031771B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 李可;郝再軍;魏娜;李光林
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 祖之強

本公開提供了一種穿戴式振動觸覺體感裝置及控制方法，所述穿戴式振動觸覺體感裝置包括彈性材質的穿戴件，穿戴件上設有沿穿戴件中心的呈圓形分布的多個振動電機，每個振動電機均與外置控制終端通信連接；所述控制終端根據預設的輸入刺激強度和輸出振動強度之間的映射關系進行振動電機的振動幅值設定；本公開采用振動反饋機制，將觸覺刺激和本體覺刺激轉化編碼為易被人體感知的振動刺激，振動刺激由穿戴式的振動裝置產生，佩戴者經過短時的訓練，可以習得由觸覺刺激和本體覺刺激到振動刺激的映射關系，之后便可以高效地由振動刺激實時獲得相關輸入刺激的程度，極大的提高了振動感知的準確性。

技術領域

本公開涉及穿戴式觸覺體感裝備技術領域，特別涉及一種穿戴式振動觸覺體感裝置及控制方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

人類的肢體具有精密的觸覺感知系統，這種精細的觸覺感知是靈巧精細運動的重要基礎。當用手臂碰觸物體時，皮膚內的機械刺激感受器會將獲得的振動感覺轉化為觸覺信號傳遞給中樞神經系統；中樞神經系統會將來在肢體的觸覺感知與本體感知、視覺感知相融合，通過分析、決策與規劃，向外周神經發送運動命令，調動肢體關節完成相應的運動。這種感知與運動的融合機制是人體精確運動控制的核心。

然而，多種中樞性或外周性的神經病變或損傷將導致觸覺感知靈敏度降低，導致中樞神經系統對周圍環境的實時接觸感知能力降低，進而嚴重影響了精細運動控制功能。另一方面，在中國當前存在兩千萬以上的肢體殘疾人士。他們有些在肢體截肢以后佩戴了人工假肢，但是當前假肢手最緊迫的問題是缺乏安全有效的觸覺感覺反饋。據統計，只有50％-60％的截肢者選擇佩戴假肢裝置。主要原因是從假體到使用者的觸覺反饋很小甚至可以忽略不計，這大大限制了假肢手的控制性能和適配效果。除上述兩方面外，隨著通信技術的發展，目前例如遠程手術、遠程拆彈機器人等技術開始出現。雖然現在憑借沉浸式虛擬現實等技術可以提供逼真的現場式的視覺反饋，但是操作者依然急需一種合理的觸覺反饋裝置提供真實的觸覺和本體覺的反饋。

發明人發現，目前的感覺重建系統主要著眼于在人-物理設備之間建立合適的神經接口，可以將物理設備的信號轉化為易用的神經刺激，這樣建立的物理設備和人體之間的感覺反饋通路和運動控制可以達到閉環控制的效果，但目前仍未有基于多通道調制系統的振動刺激器，無法實現對精確力量的觸覺感知增強。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本公開提供了一種穿戴式振動觸覺體感裝置及控制方法，采用振動反饋機制，將觸覺刺激和本體覺刺激轉化編碼為易被人體感知的振動刺激，振動刺激由穿戴式的振動裝置產生，佩戴者經過短時的訓練，可以習得由觸覺刺激和本體覺刺激到振動刺激的映射關系，之后便可以高效地由振動刺激實時獲得相關輸入刺激的程度，極大的提高了振動感知的準確性。

為了實現上述目的，本公開采用如下技術方案：

本公開第一方面提供了一種穿戴式振動觸覺體感裝置。

一種穿戴式振動觸覺體感裝置，包括：彈性材質的穿戴件，穿戴件上設有沿穿戴件中心的呈圓形分布的多個振動電機，每個振動電機均與外置控制終端通信連接。

作為可選的實施方式，各個振動電機為尺寸和型號相同的圓片振動電機。

本公開第二方面提供了一種穿戴式振動觸覺體感裝置控制方法。

一種穿戴式振動觸覺體感裝置控制方法，利用本公開第一方面所述的穿戴式振動觸覺體感裝置；

根據預設的輸入刺激強度和輸出振動強度之間的映射關系進行振動電機的振動幅值設定。

作為可選的實施方式，根據最大輸入刺激強度、感覺下限閾值、振動電機的最小電壓和當前輸入刺激強度，得到振動幅值。

進一步的，設定預設幅值取值范圍，根據振動電機的最小電壓和電壓控制器的額定電壓得到電壓最小幅值；