[發明專利]一種基于加權幅頻振動疊加的指尖觸覺反饋裝置

在審

• 申請號: 202210722701.0
• 申請日: 2022-06-24
• 公開（公告）號: CN115129153A
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 宋愛國;屈靖;李嘉杰;唐子涵;李會軍;徐士立;孫遜;王昊;張亞軍;劉專;寇啟龍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06F3/041
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 周蔚然

本發明公開一種基于加權幅頻振動疊加的指尖觸覺反饋裝置，包括指套、振動傳導結構、綁帶、觸摸屏、控制盒、手環和連接導線。指套穿戴于指尖上，振動傳導結構固定在指套的指腹部位，通過連接導線連接至控制盒接口，控制盒固定在手環上，內部包含電源、藍牙模塊和數據處理模塊，觸摸屏位于控制盒上方。本發明模擬物體表面的整體起伏狀態以及粗糙程度：使兩個振動電機分別產生高低頻振動，通過幅值和頻率的權值調節，通過振動傳導結構將兩種振動進行疊加，從而產生不同的振動波形，使人感受到不同的觸感。

技術領域

本發明屬于觸覺感知領域，具體涉及一種基于加權幅頻振動疊加的指尖觸覺反饋裝置。

背景技術

力觸覺是人與外界進行信息交互的重要方式，力覺感受是人體骨骼和肌肉運動產生形變引起的；觸覺是觸摸時，皮膚受到振動、壓力等刺激從而產生的感知。觸摸是人們對外界進行感知的重要手段，尤其是對盲人而言，觸感是其他感官不可替代的。國內的觸覺反饋裝置研究起步較晚，目前大部分移動終端的觸覺交互設備采用靜電力方式，外置式裝置較少。同時，使用單電機的觸覺反饋形式單一，很難模擬出曲面紋理的粗糙程度，缺乏真實、準確、舒適感。因此，一種便攜式、觸感舒適準確的觸覺反饋裝置至關重要。

發明內容

為解決上述問題，本發明公開了一種基于加權幅頻振動疊加的指尖觸覺反饋裝置，通過簡單靈活的結構設計和通信方式，結合高效的加權幅頻振動調節，可實現平滑、舒適、真實的觸覺感知。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種基于加權幅頻振動疊加的指尖觸覺反饋裝置，包括指套、振動傳導結構、綁帶、觸摸屏、控制盒、手環和連接導線；所述指套穿戴于指尖，防止振動傳導結構和手指的直接接觸；綁帶用于將振動傳導結構固定在指腹部位（隔著指套）；振動傳導結構包括兩個振動電機、傳導體和感受部件，兩個振動電機為振源，傳導體用于振動的傳遞，感受部件緊貼指腹，用于觸覺感知；連接導線用于連接振動電機和控制盒，傳輸振動信號；手環穿戴在人的手腕部；控制盒固定在手環上，內部包含電源模塊、藍牙模塊和數據處理模塊；觸摸屏位于控制盒上方，用于振動模式、參數等信息的選擇。

所述的指套主要起到防止振動傳導結構的感受部件和手指的直接接觸，增加振動感知的舒適度；采用尼龍絲材料，輕薄透氣，防止手指出汗影響感知，也避免振感的削弱；彈力強，不會對手指造成壓迫感；指套可根據應用場景選擇不同的穿戴個數，使用方便，靈活性強。

所述的振動傳導結構固定在指套的指腹部位，可通過綁帶等方式纏繞固定在指尖，指腹對于振動感知較手部其他位置來說更為敏感，適用于指尖的觸覺反饋感知；本發明給出兩種振動傳導結構，橋式傳導和柱式傳導：橋式傳導，即兩個振動電機在桿件的兩端，分別向中間傳遞機械波，在桿件中間延申出感受部件；柱式傳導，即兩個振動電機呈疊加式安裝，感受部件在圓柱體端面處。

所述的兩個振動電機，一個保持高頻振動，另一個為低頻振動，可疊加成為一個低頻波形的高頻振動模式，通過調節高低頻振動電機的幅值和頻率的權值，便可改變波形，從而產生不同的觸覺感知。考慮到手指最佳感知頻率范圍，高頻振動的振動頻率為100-300Hz，低頻振動的振動頻率小于100Hz，從而感知到明顯的低頻波形振動。

所述的藍牙模塊用于應用場景與指尖觸覺反饋裝置間的無線通信，進行信息的傳輸，可增加裝置使用靈活性，增大活動空間。

所述的控制盒中的數據處理模塊用于處理接收到的數字信號，進行信息解碼，并控制振動電機產生相應的振動。

所述的觸摸屏可用于信息輸入，選擇不同的振動模式，包括使用指套的個數、振動幅值、振動頻率等；觸摸屏使整個裝置的改進升級更加靈活，簡化了機械結構，可輸入信息更加多樣化。