CN110036358A - 通过来自机械隔离的执行器的提示的感知组合的矢量触觉反馈 - Google Patents

Abstract

通过组合来自由非对称振动驱动的两个或更多个1‑D致动器的力提示来提供矢量触觉反馈提示。为了使这个组合正常工作，被组合的所述致动器彼此机械隔离是重要的。这种组合可以是提供给用户的相同身体部位上的不同位置的力提示的感知组合。

Description

通过来自机械隔离的执行器的提示的感知组合的矢量触觉 反馈

技术领域

本发明涉及触觉反馈。

背景技术

当向用户提供触觉力反馈时，通常期望提供向量反馈(即，具有2-D或3-D方向的反馈)。为此考虑了两种基本方法。在一种方法中，通过将多个致动器机械地耦合在一起来产生具有所需的若干自由度的单个设备。Leonardis(2015年IEEE世界触觉会议)是这种方法的一个示例，其中在单个接触点处通过三个致动器提供三个自由度。这种方法通常需要设备的复杂机械设计。另一种方法是使用两个或更多个1-D致动器通过组合它们的输出来提供矢量反馈，例如，如Delson等人在US 8,981,682中提出的那样。

发明内容

然而，我们已经发现通过组合在不同的接触点处的两个或更多个1-D致动器的输出(例如通过将间隔开的若干致动器刚性地安装在公共衬底上)来提供矢量反馈的想法的直接实现在实践中不能起到良好的作用。机械地将执行器彼此隔离对于使该想法起作用是重要的。一旦提供机械隔离，我们发现致动器不必同位配置以提供期望的矢量反馈。人类触摸感知系统甚至可以从相距一定距离但是附接到身体的相同部位的两个1-D致动器提供矢量力感。

这项工作的另一个重要方面是该设备没有触地。这与传统的触觉力反馈设备非常不同，传统的触觉力反馈设备位于桌子上并且通过使用电动机和联动装置利用来自桌子的反作用力来推动用户。然而，使用未触地的设备，设备没有任何物理设备可以抵靠向后推，因此净力为零。这使得向用户施加力感更加困难。在这项工作中，非对称振动用于向用户提供这种不触地的力感。

在这项工作中，通过使用非对称振动驱动两个或更多个1-D致动器，以向用户显示两个或更多个力的程度或旋转度。1-D致动器是线性致动器，每个致动器只能在单个方向上显示提示。因此，对于期望的每个力方向需要至少一个致动器，并且对于期望的每个旋转方向需要至少两个致动器。

非对称振动被定义为在一个方向上具有比在相反方向上更大幅度的振动。当致动器被握持在用户手中时，振动转换为皮肤位移。皮肤位移在较大振动(正)幅度的方向上较大，而在相反(负)方向上较小。然后，用户在较大位移的方向上感知到拉力感。拉动感的强度取决于正皮肤位移和负皮肤位移之间的幅度差异。因此，非对称振动可以用于沿着1-D致动器的运动线提供推动感或拉动感。

由非对称振动引起的拉力高度取决于呈现给用户的皮肤变形的轮廓。我们的测试表明，当致动器刚性地安装在设备上(诸如，在板上或手柄中)时，由于振动通过设备本身传播，所以不能保持所需的振动轮廓。替代地，振动展开并沿多个方向传播，而不仅仅是在所需的拉力方向上。当多个致动器附接到设备时，这种振动的改变甚至更加显著，因为它们破坏了通过设备的振动的线性进展。因此，将多个致动器刚性地附接到设备不允许简单的振动的矢量和显示多个方向。

代替使用致动器的刚性附接，这项工作依赖于将致动器彼此机械隔离。本文中“机械隔离”意味着在0到100Hz的频率范围内从一个致动器到另一个致动器振动衰减15dB或更多。在100Hz以上的频率下的高衰减不是必需的，因为驱动致动器的频率小于100Hz。这可以采取以下形式：

a)通过柔性介质将多个致动器附接到刚性设备，以允许致动器彼此独立地移动；或者

b)将多个致动器附接到身体上的不同部位。

方法(a)的一个成功实现采取了安装在两个刚性板之间的两个音圈的形式，其中非常有弹性的硅橡胶层将音圈与刚性板分开，如图2C至图2D的示例中那样。这种方法允许我们将致动器安装在刚性设备上或刚性设备中。约束是致动器应该相对于彼此和设备本身自由移动至少1mm。执行器应该灵活地耦合到设备，并且应该彼此机械隔离。

下面详细呈现方法(b)的一个实例化，其中三个致动器安装在手指上以显示三个方向的力信息。由于致动器安装在这种自然有弹性的皮肤上，因此它们可以彼此独立地自由移动。即使当两个致动器安装在同一个手指上，我们也没有遇到任何不同致动器之间的信号的消除的干扰的问题。当同时从两个致动器显示信号时，用户感知到两个单独的致动器的两个运动轴线之间的方向上的拉力。因此，即使用户正在感知身体上的两个不同位置上的振动，他们的大脑也可以组合这两个信号并且他们感知到一个“有效”力。

图1A示出了本发明的第一实施例。本文中，两个或更多个1-D致动器104和106以非对称振动驱动，以向用户102提供力提示108和110。至少两个致动器被配置为通过它们的输出的组合来提供矢量力提示，如该示例中所示，其中矢量力提示112是力提示108和110的组合。如上所述，矢量力提示112可以是力提示108和110的感知组合。两个或更多个1-D致动器彼此机械隔离。

图1B的示例示出了实现这种机械隔离的一种方式。本文中，弹性织物构件120和122被配置为分别保持致动器104和106与用户102的皮肤接触。优选地，弹性织物构件不在其相应的1-D致动器的致动方向上拉伸。替代地，该图中的120和122可以是弹性套管构件，其被配置为在操作中将致动器保持与用户的皮肤接触。

实现机械隔离的另一个方法在图2A至图2B中示出。本文中，图2A是俯视图并且图2B是侧视图。本文中，202是刚性衬底，并且致动器104和106通过柔性的并且机械隔离的介质204安装到衬底202，介质204被配置为将两个或更多个致动器彼此机械地解耦。

图2C至图2D中示出了实现机械隔离的进一步方法。本文中，图2C是由线220所示的横截面图，并且图2D是侧视图。本文中，212和214是刚性板，并且致动器216和218通过柔性的并且机械隔离的垫222、224、226、228安装在板之间，柔性的并且机械隔离的垫222、224、226、228被配置为使两个或更多个致动器彼此机械地解耦。这种设备可以由使用者握持或绑在用户的身体的一部分上。来自致动器的振动可以通过板212和214以被用户感知。

本发明的实践并不严格依赖于致动器的位置，尽管它们应设置在同一身体部位上以提供如上所述的感知力提示组合。合适的身体部位包括但不限于：手指、手、手腕、手臂、头部、颈部、脚踝、脚、膝盖和胸部。见图7A至图12B。

通过提供至少一对线性致动器，可以与矢量力组合想法相结合提供旋转提示，该至少一对线性致动器被设置成向用户的皮肤递送基本相等和相反的力，以产生触觉旋转提示。见图4D。

尽管下文给出的详细示例使用音圈用于1-D致动器，但是本发明的实践并不严格依赖于致动器的选择。可以采用能够以非对称振动驱动的任何其他1-D致动器，包括但不限于：弹簧上的振荡质量，其中质量的位置由电动机或者音圈控制；线性伺服；旋转电动机，具有将旋转转换成皮肤的位移的机械联动装置；旋转伺服电动机，具有将旋转转换成皮肤的位移的机械联动装置；以及线性谐振致动器。

附图说明

图1A至图1B示出了本发明的第一实施例。

图2A至图2B示出了本发明的第二实施例。

图2C至图2D示出了本发明的第三实施例。

图3示出了示例性的非对称振动波形。

图4A至图4D示出了用于实验演示的致动器布置。

图5示出了图4A至图4D的实验的平移结果。

图6示出了图4A至图4D的实验的旋转结果。

图7A至图7C示出了用户手上的致动器的若干配置。

图8A至图8D示出了用户手臂上的致动器的若干配置。

图9A至图9C示出了用户头部或颈部上的致动器的若干配置。

图10A至图10C示出了用户脚踝或脚上的致动器的若干配置。

图11A至图11C示出了用户的腿或膝盖上的致动器的若干配置。

图12A至图12C示出了用户胸部或腹部上的致动器的若干配置。

图13A至图13C示出了适于在本发明的实施例中使用的若干线性致动器。

图14A至图14D示出了适于在本发明的实施例中使用的若干线性致动器，其中旋转驱动运动被转换为线性致动。

具体实施方式

A)介绍

人类严重依赖视觉信息来引导他们在环境中的大规模导航和较小规模的运动任务中的运动。然而，在有些任务期间在其他地方需要用户的视觉注意力，诸如，当行人通过GPS在城市周围导航时。通过利用触觉来用触觉引导提示替代视觉引导，我们可以将视觉注意力用于其他目的。

然而，由于可用的自由度有限，这种将视觉信息映射到触觉是困难的。通常，触觉引导系统每个方向需要至少一个致动器。这种一对一映射快速地限制可以显示的引导提示的复杂性。我们在这项工作中呈现的系统只需要六个执行器来显示十二个不同的方向提示，这是对传统触觉反馈方法的显著改进。

触觉引导系统的可用性还取决于附接到皮肤的方法和位置。优选地容易感觉到触觉感觉，因此致动器应该位于具有高密度的机械性刺激感受器的身体部位上。引导系统也应该是不引人注目的，且不应该大幅度地妨碍日常活动。尽管手具有高密度的机械性刺激感受器，但是可握持的引导设备并不理想，因为它们独占了该手的使用。相比之下，我们的系统直接将致动器附接到指尖。这允许我们利用由于大量机械性刺激感受器引起的指尖的高敏感度，此外致动器很小并且允许手自由运动。

已经示出，触觉引导在认知负荷高的任务中是有效的。为了减轻一些认知负荷，触觉引导提示应该易于识别和解释。然而，许多传统的触觉引导系统依赖于多个致动器的图案化或顺序激活。由于多个致动器的位置和/或时间的紧密的激活，这些图案可能难以辨认。我们的系统创造了直觉的拉动感和扭曲感，迫使用户朝着所需的方向移动，而不是要求用户解释任意提示。

在这项工作中，我们呈现了一种可穿戴的触觉设备，所述可穿戴的触觉设备可以通过使用非对称振动来提供三个自由度的引导。它可以向用户的手提供平移或旋转提示以进行导航。该装置的未来用途包括在康复和训练期间对身体姿势的引导。我们示出了用户可以识别平移方向和旋转方向，并且我们讨论了影响佩戴者感知非对称振动的能力的感知概念。

B)相关工作

B1)振动引导

触觉引导的大部分先前工作都集中在振动上，因为它便宜、轻便且易于扩展。简单的对称振动能够在导航或其他引导任务中向用户传达关于他们当前或期望的状态的信息。然而，这些高频(通常为100-250Hz)的振动受到长时间使用的皮肤适应性以及难以定位各个振动触器的限制。此外，由于大多数振动致动器仅提供二进制提示(开或关)，因此每个方向都需要单独的致动器。

B2)非对称振动

最近，研究人员探索了一种使用振动来创建比以前的振动反馈方法更直觉的引导提示的方法。非对称振动(由大的正加速度峰值和小的负加速度峰值表征)提供了在大加速度方向上被拉动的强烈的感觉。这种感觉与标准振动反馈所呈现的简单二进制提示形成鲜明对比。它消除了二进制振动提示所需的解释步骤，并且可以通过一个振动致动器呈现两个方向。

这项工作呈现了WAVES的设计和分析，WAVES是可穿戴的非对称振动激励系统(Wearable Asymmetric Vibration Excitation System)，用于显示三维平移或三维旋转提示。该系统通过将致动器直接附接到手上来避免可握持设备的许多固有限制，诸如需要特定的手部位置和约束手的运动。在先前的非对称振动系统的成功基础上，WAVES通过创造显著的拉动感和扭曲感提供直觉的方向提示。

C)产生非对称振动

本节呈现了我们的使用非对称地振动的音圈致动器来创建未触地的拉动感或扭曲感的方法。

C1)硬件

我们通过使用Haptuator Mark II音圈致动器(触觉实验室)来产生非对称振动。我们选择这种致动器是因为它的重量轻(9.5克)、尺寸小(9×9×32mm)和频率特性(频率≈110赫兹)。Haptuator包括悬挂在两个弯曲膜之间的电磁线圈内的永磁体。

通过沿着致动器的轴线不均匀地移动磁体来产生非对称振动。我们先前报告的工作确定驱动音圈致动器以产生显著的拉动感的最佳信号是图3中所示的阶梯斜坡电流脉冲。信号的阶梯部分以一个方向快速推动磁体，产生大的力脉冲。然后，电流脉冲的斜坡部分缓慢地将磁体返回到其起始位置，从而产生在较长时间段内发生的较小的力。

在通过Sensoray 826PCI卡上的模拟输出引脚以1000Hz采样频率被输出之前，命令电流信号被缩放并转换为电压。然后使用增益为0.5A/V的功率运算放大器(LM675T)使输出电压通过定制的线性电流放大器。

C2)感知

尽管在一个循环的持续时间内的净力为零，但是在阶梯期间和磁体的返回期间的力脉冲之间的大小差异导致在较大的力脉冲的方向上的净拉动感。当致动器被保持与人的皮肤接触时，力脉冲使皮肤变形。由于阶梯引起的更快的皮肤变形比返回的较慢的皮肤变形更强地被感觉，增强了拉动的感知。

通过优化正峰值皮肤位移与负峰值皮肤位移的比率和皮肤位移速度来调整电流脉冲的定时以最大化拉动感的强度。对于在本工作中使用的致动器，我们确定最佳定时为t_阶梯＝5ms，t_斜坡＝15ms。这些50Hz的非对称振动由对动态皮肤变形敏感的梅斯纳氏小体(Meissner corpuscle)和对高频振动敏感的帕西尼氏小体(Pacinian corpuscle)感觉。然而，帕西尼氏小体不能感觉振动的方向，因此只有梅斯纳氏小体对由非对称振动引起的拉动感负责。皮肤变形的幅度(≈0.25mm)远高于检测阈值。

感知到的拉动感的强度不是恒定的力，并且已经示出当用户移动他们的肢体时，感知到的拉动感的强度增加。这与传统的振动反馈系统相反，在传统的振动反馈系统中，提示的准确度由于运动而减弱。这种增加的运动感知的现象值得进一步研究。

通过在相反方向上和在身体上略微偏移的位置上播放非对称振动来产生扭曲感。致动器应该彼此平行，使得拉动感产生被感知的力偶。它们应该足够近地被定位，使得来自两个致动器的感觉被感知为来自皮肤的相同区域，但也应该足够远，使得被每个致动器刺激的梅斯纳氏小体的感受野不重叠。此外，致动器优选地定时以使得力峰值同时发生或者整体感觉将减小。

D)可穿戴系统

先前的非对称振动系统是可握持的。本文中，我们描述了用于创建引人注目的可穿戴系统的方法，这些系统具有三个自由度——比先前的任何可握持系统都多。

D1)安装位置

为了产生强烈的拉动感或扭曲感，我们选择了最大化被刺激的机械性刺激感受器的数量的安装位置。如前所述，由梅斯纳氏小体感觉到非对称振动。先前的文献报道已经确定，人的手在沿着桡神经和在拇指、食指和中指的远端上具有显著更高的梅斯纳氏小体密度。因此，在创建我们的可穿戴设备时，我们专注于这些区域的致动器放置。

与法向皮肤位移相比，人类对切向皮肤位移更敏感。因此，为了最大化拉动感，优选地将致动器放置成使得它们使皮肤切向地位移。对于显示平移或旋转提示，最佳的致动器放置是不同的。

D1a)平移

机械性刺激感受器在手指上的密度比在手的其他部分的密度更高。我们对致动器放置的先导调查证实，当致动器附接到手指时，拉动感最强。创建能够提供用于多度平移的提示的系统需要我们将致动器放置在多个手指上。

如上所述，当致动器和皮肤之间的接触最大化时，振动最完全地从致动器传递到皮肤。为了显示三个正交方向的提示，我们在拇指的侧面以及食指的底部和侧面添加了致动器，如图4A和图4B所示。拇指以与其余手指大致成直角的方式伸出，并且用于显示来自致动器402的左-右提示。第二致动器406附接到食指的底部并用于显示前-后提示。这两个致动器通过使用弹性带附接。第三致动器404通过使用硅橡胶套管被附接到食指的侧面，并用于显示上-下提示。一块极高粘合(VHB，3M)胶带进一步将该致动器固定到手指上以增加皮肤变形并确保致动器不会在皮肤上滑动。

D1b)旋转

通过使用在相反方向上显示非对称振动的手指的相对侧上的成对的平行致动器产生扭曲感。我们专门考虑了旋转而选择了安装位置，而不是简单地将平移配置上的致动器加倍。我们的系统能够显示六个方向的手腕旋转提示：桡侧偏移、尺侧偏移、手腕伸展、手腕屈曲、旋后和内转。三个致动器对附接到右手的拇指、食指和中指，如图4C和图4D所示。

致动器对414附接到食指的左侧和右侧以显示桡侧-尺侧偏移提示。当左致动器向近侧脉冲并且右致动器向远侧脉冲时，手指感受到逆时针扭曲感，这发出桡侧偏移信号。当左致动器向远侧脉冲并且右致动器向近侧脉冲时，手指感受到顺时针扭曲感，这发出尺侧偏移信号。

致动器对416附接在中指的顶部和底部上以显示手腕伸展-屈曲提示。当顶部致动器向近侧脉冲并且底部致动器向远侧脉冲时，手指感受到向上倾斜感，这发出伸展信号。当顶部致动器向远侧脉冲并且底部致动器向近侧脉冲时，手指感受到向下倾斜感，这发出屈曲信号。

致动器对412附接到拇指的顶部和底部以显示旋后-内转提示。当顶部致动器向近侧脉冲并且底部致动器向远侧脉冲时，拇指感受到向上倾斜感，这发出旋后信号。当顶部致动器向远侧脉冲并且底部致动器向近侧脉冲时，拇指感受到向下倾斜感，这发出内转信号。

D2)安装方法

用于将致动器安装到手上的材料优选地是轻质的，因为皮肤变形量取决于致动器移动的量。此外，当传递到皮肤时，振动应保持其被指令的形状和方向。刚性部件作为安装硬件的一部分被测试，但它们在多个方向上扭曲并展开振动，使用户感受到简单的振动而不是拉动或扭曲。相反，我们发现柔软材料(诸如，织物和硅橡胶)在保持振动方向方面表现更好，并且是附接致动器的更好的选择。

皮肤位移量取决于皮肤的硬度和阻尼特性。皮肤的阻尼随着法向力的增加而增加，这导致整体皮肤位移减少。因此，致动器不应该太紧地耦合到手上。然而，需要足够的法向力以确保致动器保持与皮肤接触，使得可以适当地传递振动。

在我们的设计中，弹性带用于将致动器附接到手上。带的宽度与致动器的宽度相同，以确保法向力在致动器的长度上均匀地分布，并且致动器的表面上的所有点都与皮肤接触。弹性带不会在致动方向上拉伸，因此来自致动器的所有力都被传递用于皮肤变形。选择带的紧密度以使致动器保持与皮肤接触，但不会引起不适。使用硅橡胶套管附接垂直于手指侧面安装的一个致动器，如图4A至图B中的上下(食指)情况所示，以增加皮肤变形量。对于切向安装在手指上的致动器，硅树脂过多地减弱振动。

E)实验方法

我们通过用户研究测试了我们的设备在显示旋转和平移提示方面的有效性。我们招募了12名惯用右手的参与者(7名男性，5名女性，23-42岁)。其中六位参与者具有触觉设备的先前经验。该议定书得到了斯坦福大学机构审查委员会(议定书编号22514)的批准，且所有参与者都给出了知情同意书。

E1)实验设置

参与者坐在桌子边，致动器附接到他们的右手。他们戴着降噪耳机，因此他们无法使用听觉提示，且他们闭上眼睛，因此他们无法使用视觉提示来区分方向。在研究期间，参与者将手放在身体前方并且放在桌子上，手掌朝下。参与者每次试验以手放在相同的中立位置开始，但在试验期间允许他们移动手。

E2)实验程序

参与者在两个单独的实验块中识别了平移和旋转提示。两个块都遵循强制选择范式，其中参与者接收提示并以六个可能的方向中的一个作出响应。在每个块之前，参与者接受了不同方向的提示的训练。他们首先被允许感受图4A至图D中所示的所有六个方向，直到他们感觉具有能够识别提示的能力。

平移块：左、右、前、后、上、下

旋转块：桡侧偏移、尺侧偏移、伸展、屈曲、旋后、内转

由于拉动感或扭曲感的强度取决于致动器的放置，因此根据需要调节致动器的位置和定向，直到感觉被最大化。接下来，参与者通过完成18项实践试验(每项条件3次试验)接受进一步训练，并接收有关他们是否正确地响应的反馈。训练后，参与者完成了72项伪随机实验试验(每项条件12次试验)。对于每次试验，播放3秒钟的提示，并且允许参与者在回答之前感受每个提示多达三次。参与者用语言表达他们的答案，并且实验者将响应输入计算机。参与者被随机分配实验块的顺序，其中参与者中的一半首先完成平移块。

参与者在两个实验块之间休息五分钟，以允许他们从已经发生的任何振动适应中恢复。已知从振动适应中恢复大约需要原始振动信号的长度的一半。由于两个致动器用于旋转方向，因此输入电流的幅度按比例缩小，使得发送到两个致动器的经组合的最大电流与发送到实验的平移部分中的单个致动器的最大电流相匹配。这种缩放意味着用于显示平移提示和旋转提示的振动具有相同的强度。

E3)分析

我们为平移和旋转参与者响应数据创建了单独的线性混合效果模型。六个方向被视为单独的固定效应，并且参与者被视为随机效应。我们针对响应假设二项分布，其使用连结函数：

其中μ是正确响应的比例。线性模型采用以下形式：

y＝β₁X₁+β₂X₂+β₃X₃+β₄X₄+β₅X₅+β₆X₆+bS+ε (2)

其中β_n是用于对第n个方向X_n的效应进行建模的固定效应参数，b是用于对参与者S之间的差异进行建模的随机效应参数，并且ε是残差。使用最大似然检验确定统计显著性。

在等式(2)中给出的模型独立地取决于相互排斥的方向。因为对于给定方向运行了更多的试验，模型中的回归检验了响应是正确的可能性的变化。因此，如果对给定方向进行新的试验，则每个固定效应系数是对总正确试验的比例的估计增加的测量。

F)结果

F1)平移

对于每个参与者和条件分别计算正确响应的百分比，且结果在图5中示出。这里实心圆表示所有参与者的平均值，线段示出标准偏差，并且×表示各个参与者的正确的比例。然后，每个条件的响应百分比在参与者之间取平均值。由此得到的参与者对平移方向的响应的混淆矩阵如表1所示。参与者只将方向提示与其对应的方向混淆(即右只与左混淆)。

表1：显示每个平移方向的用户响应的混淆表。

用于平移响应的线性混合模型的结果在表2中示出。所有方向都有正系数，这表明正确答案的概率会随着给定条件的更多试验而增加。此外，选择正确响应的几率(平均86.1％)显著大于所有六个平移方向的偶然性(16.7％)(p<0.05)。

表2：将线性固定效应模型拟合到平移响应的结果。

在线性混合模型中，参与者被视为随机效应。并非所有参与者都表现得同样好。两名参与者的准确度在统计学上低于平均值(b＝-0.970，t(858)＝-2.81，p＝0.005)，(b＝-0.818，t(858)＝-2.34，p＝0.020)。一名参与者的准确度在统计学上高于平均值(b＝1.436，t(858)＝2.83，p＝0.005)。这些差异是由于手指大小和几何形状的变化，如将在后面的部分中讨论的。

所有参与者评论说，他们感觉到一对中的一个方向比另一个方向更强烈：右提示感觉比左提示更显著，后提示感觉比前提示更显著，并且上提示感觉比下提示更显著。这种感知的差异反映在图5中所示的正确百分比中。我们对于每对方向进行了重复测量ANOVA(其中参与者作为自变量并且方向作为内因子(within-subjects factor))以确定跨方向的精确度的系统变化。右的正确答案百分比(平均值95.8％，标准偏差6.6％)高于左(平均值93.1％，标准偏差12.7％)(F(1,10)＝0.216，p＝0.65)，后的正确答案百分比(平均值94.4％，标准偏差10.9％)高于前(平均值70.1％，标准偏差22.9％)(F(1,10)＝9.82，p＝0.011)，上的正确答案百分比(平均值89.6％，标准偏差17.5％)高于下(平均值73.6％，标准偏差23.3％)(F(1,10)＝3.84，p＝0.077)。

在右方向和后方向上的比左方向和前方向的拉动感的增加的强度可以至少部分地由致动器放置来解释。右提示和后提示两者都以较大的近侧力脉冲显示，而左提示和前提示以较大的远侧力脉冲显示。梅斯纳氏小体对近侧刺激比远侧刺激响应更强烈，使近侧信号感受更强。信号强度的这种不均匀性在右比左正确的百分比更大和后比前正确的百分比更大中也很明显。左提示的高百分比是由于右提示的整体强度；许多参与者表示左提示感觉很弱，但是右提示强烈且容易辨别，以至于拇指上感觉到的任何不为右的提示都是左。可以通过放大远端信号来校正近端提示和远端提示的感知强度的不均匀性，从而使两个方向以相同的强度被感知。

上提示和下提示的准确度略低于其他提示，尽管这种差异在统计上并不显著。这种较低的整体准确度的一个潜在原因是用于上提示/下提示的致动器被安装在食指的侧面，这意味着致动器和皮肤之间的接触较少，并且导致振动向手指的有效转移较低。上/下方向的感觉也受到重力的影响。当来自致动器的力脉冲与重力同向时，它们被稍强地感觉到，因为它们受到重力的辅助。然而，当力脉冲的方向与重力反向时，它们被较弱地感觉到，因为它们必须抵抗重力。此外，将致动器附接到手指的硅树脂套管的弹性使施加到手指的力脉冲的方向反转。由于硅树脂套管比皮肤更容易被拉伸，所以来自致动器的力脉冲使脉冲方向上的带位移，并且手指会感觉到相反的反作用力脉冲。因此，当致动器的力脉冲向下定向时，用户感觉到上提示，并且当致动器的力脉冲向上定向时，用户感觉到下提示。因此，结合重力的影响，上提示比下提示更强地被感觉到。这由下提示的正确率比上提示的正确率更高来支持，并且由所有参与者确认，他们表明上提示更容易确定。

参与者还被要求在五点李克特量表(five-point Likert scale)上评估互相区分平移提示对的难度，其中1表示“非常容易”区分并且5表示“非常难”区分。参与者将区分左右(平均值＝2.18)的任务评估为比区分上下(平均值＝3.45)显著地更容易(p＝0.018)。区分后和前的任务并未被评估为比其他对更难或更容易(平均值＝2.77，p>0.25)。

所有参与者都报告在致动方向感受到拉动感，并且观察到许多人移动他们的手以帮助确定提示方向。他们报告说，当以提示的方向移动手时感受到辅助力，并且当以提示的反方向移动时感受到抵抗力。我们选择显示一个相对较长的3秒长的提示，以给参与者时间以在响应之前移动。

F2)旋转

对于每个参与者和条件分别计算正确响应的百分比，并且在图6中示出。这里实心圆表示所有参与者的平均值，线段示出标准偏差，并且×表示各个参与者的正确的比例。然后，每个条件的响应百分比在参与者之间取平均值。由此得到的参与者对旋转方向的响应的混淆矩阵如表3所示。如在平移研究中，参与者仅将方向提示与其对应的方向混淆(即，桡侧偏移仅与尺侧偏移混淆)。

表3：示出对于每个旋转方向的用户响应的混淆表。

针对旋转响应的线性混合模型的结果在表4中示出。所有方向都有正系数，这表明正确答案的概率会随着给定条件的更多试验而增加。此外，正确响应的几率显著大于六个旋转方向中的五个的偶然性(桡侧偏移、尺侧偏移、屈曲、内转和旋后)(p<0.05)。

	固定效应	t(858)	p-值
				桡侧	0.749	3.38	7.64×10<sup>-4</sup>
尺骨	0.606	5.11	3.95×10<sup>-7</sup>
				伸展	0.077	1.08	0.281
屈曲	0.293	4.98	7.68×10<sup>-7</sup>
				旋后	0.100	2.30	0.022
内转	0.209	5.24	2.00×10<sup>-7</sup>

表4：将线性固定效应模型拟合到旋转响应的结果。

在线性混合模型中，参与者被视为随机效应。并非所有参与者表现同样好。两名参与者的准确度在统计学上低于平均值(b＝-0.572，t(858)＝-2.36，p＝0.019)，(b＝-0.617，t(858)＝-2.55，p＝0.011)。一名参与者的准确度在统计学上高于平均值(b＝0.609，t(858)＝2.26，p＝0.024)。

参与者区分旋转方向的能力与他们的手指大小相关。我们测量了食指、中指和拇指的第二指骨的周长。然后我们基于这三个手指它们的平均周长将参与者分成两个池：平均手指周长小于60毫米的参与者(5名参与者)和平均手指周长大于60毫米的参与者(7名参与者)。然后，我们对正确百分比进行重复测量ANOVA，其中条件作为自变量，并且手指大小(小或大)作为内因子。手指较小的参与者在旋转实验中具有比手指较大的参与者统计学上更低的准确度(F(1,28)＝11.23，p＝0.002)。仅分析手指较大的参与者的响应数据，桡侧方向(81.0％)、尺侧方向(83.3％)和屈曲方向(88.1％)的准确度显著提高。对于伸展方向(57.1％)、旋后方向(63.0％)和内转方向(78.6％)，准确度略有改善。对于具有小手指和大手指的参与者，平移实验没有统计学差异。对于我们的参与者，手指大小与性别相关；落入较小的手指类别中的四名女性参与者对较大的手指类别中的一个女性参与者。

在实验期间，所有参与者报告感受到手腕屈曲提示比手腕伸展提示更强烈。许多参与者还报告了感受到手腕内转提示比手腕旋后提示更强烈。我们对于每对条件进行了重复测量ANOVA，其中参与者作为自变量并且方向作为内因子。尺侧偏移的正确答案百分比(平均值76.4％，标准偏差18.4％)高于桡侧偏移(平均值67.4％，标准偏差21.1％)(F(1,10)＝0.004，p＝0.95)，手腕屈曲的正确答案百分比(平均值75.7％，标准偏差24.7％)高于手腕伸展(平均值55.6％，标准偏差18.2％)(F(1,10)＝2.12，p＝0.18)，内转的正确答案百分比(平均值77.1％，标准偏差16.3％)高于旋后(平均值61.8％，标准偏差19.9％)(F(1,10)＝0.445，p＝0.063)。

参与者被要求在五点李克特量表上评估互相区分旋转提示对的难度，其中1表示“非常容易”区分并且5表示“非常难”区分。参与者将区分桡侧偏移和尺侧偏移(平均值＝3.09)的任务评估为比区分屈曲和伸展(平均值＝3.77)或内转和旋后(平均值＝3.77)的任务显著地更容易(p＝0.029)。

虽然差异不显著，但桡侧伸展提示和尺侧伸展提示也具有任何对中最高的组合正确百分比(71.9％)。致动器放置可能会影响参与者发现此任务比其他任务更容易的原因。用于桡侧伸展和尺侧伸展的致动器位于食指的左侧和右侧。用于该提示的两个致动器位置具有相同的触觉特性和灵敏度，尽管仍可能出现方向差异。

相反，手腕屈曲-伸展和内转-旋后的提示显示在手指的背侧和手指的手掌侧。由于更靠近手指的背侧上的表面的手指骨和手指的手掌侧上的脂肪组织层的存在，因此在手指的这两侧上不同地感觉到振动。手指的背侧上的安装位置由于骨骼而更加坚硬，这导致振动展开并变得难以定位。相反，在手指的手掌侧上，厚的脂肪组织层允许力脉冲以具有较少噪音的期望的轮廓位移皮肤。此外，背侧上的致动器被放置在多毛的皮肤上，并且手掌侧的致动器被放置在无毛的皮肤上。由于两种类型皮肤中机械性刺激感受器的敏感度不同，无毛的皮肤上的致动器比多毛的皮肤上的致动器被更强地感觉到，这被许多参与者证实。因此，在手指的手掌侧上显示的非对称振动产生比在手指的背侧上更显著的拉动感。这可能会显著降低这些提示的扭矩感，或导致扭矩对在一个方向上感觉比另一个方向更强，这在研究结果中是明显的。

没有发现显著高于偶然性的唯一旋转条件是手腕伸展。参与者还一致报告这是最难以感受的方向。通过手指底部上的远端力脉冲和手指顶部上的近端脉冲显示手腕伸展提示，如图4C至图D所示。在平移实验中，由于梅斯纳氏小体的远端激活较低，在手指底部向远端显示的前提示是最难以区分的。因此，手腕伸展提示的在手指底部上的部分可能比预期的更弱地被感知。由于多毛的皮肤的敏感度较低，手指顶部上的提示较弱，这进一步加剧了这种情况。

所有参与者都报告在致动方向感受到扭曲感。与平移实验相似，许多参与者报告转动他们的手以帮助他们确定提示告诉他们移动的方向。

G)讨论

G1)平移

传统的振动引导系统使用刺激帕西尼氏小体的高频振动。但是，帕西尼氏小体具有较大的感受野，因此难以定位振动。另一方面，我们的WAVES设备以较低的频率振动，这刺激了梅斯纳氏小体。这些机械性刺激感受器具有小得多的感受野，使用户定位振动显著更容易。此外，我们的系统每个自由度只需要一个执行器，并且易于扩展到多个维度；传统的振动反馈系统通常每个自由度需要至少两个致动器，这由于空间敏感度而限制了自由度。

在混淆矩阵中可以看到参与者能够轻松确定振动的位置；没有方向被混淆，除了它们对应的方向以外。将振动定位到各个手指的能力与来自致动器的显著拉动感相结合意味着选择正确答案的偶然性变为50％，因为他们能够立即将他们的选择缩小到一对方向。这种较高的初始概率是对过去的振动引导系统的显著改进。参与者对所有平移方向正确响应的准确度比偶然性高得多。对于四个方向(左、右、后、上)的始终高的准确度表明参与者能够在这些方向上感受到显著的拉动感。我们的系统示出显示六个方向的准确度显著高于在多方向非对称振动设备上的其他系统呈现的结果。这个改进的性能为我们的系统示出了许诺，我们的系统将致动器相互隔离，使得提示更易于识别和解释。

理想情况下，所有参与者识别方向都有相似的准确度。然而，与其他参与者相比，两名参与者在平移提示的表现在统计上较差。这种差异表明训练可能不足以满足所有参与者的需求。通过更多的训练，所有参与者都有可能能够表现得在相同水平。额外的训练也可以提高了所有参与者的识别率。准确度可能已被对振动的敏感度降低影响，这可以通过试验之间的更多休息来减轻。对振动的敏感度降低和适应可能会限制我们的设备的实际适用性；我们的系统对于仅间歇性地需要引导或反馈的任务最有效。致动器放置的变化也可以解释参与者之间的一些不同。由于拉动感取决于皮肤位移和对梅斯纳氏小体的刺激，因此致动器的放置非常重要。参与者的手指大小和形状差异很大，因此无法获得完美一致的致动器放置。将来应该开发一种更好并且更一致的将致动器附接到手指的方法。

结果示出由于致动器的垂直定向，上和下提示由重力强烈影响。在将来，可以缩放发送到致动器的信号，使得两个提示被感知为相同的强度。然而，如果用户的手不在研究中使用的定向，如在日常使用中可能的那样，则重力的效果将改变。因此，当用户围绕环境移动时，重力可以在提示的感知中起很大作用。此外，包含分心任务可能降低识别率，如使用传统振动设备所见。然而，由于我们的系统呈现的提示是直觉的，我们期望比具有图案提示的系统更小的准确度的降低。

G2)旋转

尽管每个手指在两侧都有致动器，但由于梅斯纳氏小体的小的感受野，参与者仍然能够将振动定位到单个手指。这种定位与值得注意的扭矩感相结合，允许参与者通过确定振动显示在哪个手指上来容易地区分三对提示。由于没有参与者将任何提示与除了对应的提示以外的任何其他提示混淆，旋转方向的偶然性为50％。参与者以比六个旋转方向中的五个旋转方向的偶然性显著更高的准确度作出正确响应。

与平移实验相似，并非所有参与者在旋转试验中都表现得同样出色。手指较小的参与者具有比手指较大的参与者在统计学上的较低的准确度。这种相差的一个可能的解释是扭矩感的强度取决于致动器与手指中间的旋转中心之间的杠杆臂的长度。对于手指较窄的参与者，该杠杆臂较短，这会导致较小的扭矩感并且可能导致感知和准确度降低。可以重新设计附接方法以增加杠杆臂，有效地增加扭矩感的大小，这可以导致识别增加。对于手指较小的参与者，两个执行器之间也可能存在显著的振动干扰。将来，振动强度可以被缩放以减轻这种影响。

扭矩配置的另一个限制是将致动器在多毛的皮肤和无毛的皮肤上的放置。由于无毛皮肤上的致动器比毛发皮肤上的致动器被更强地感觉，因此提示不容易识别，并且一些受试者报告感受到拉动感而不是扭曲感。将来，两个致动器的振动强度可以被缩放，因此它们将被感知为相等。此外，将探索不利用多毛的皮肤的安装位置。用于扭矩提示的两个致动器之间更加相等的感知也将减少扭矩提示和简单平移提示之间的混淆，从而为单个六自由度系统创造了可能性。

G3)应用

我们的系统被示出为在显示平移引导提示和旋转引导提示方面都有效。除了行人导航，我们还可以将这些功能应用于触觉引导的附加领域，包括康复和运动训练。例如，手臂运动受到中风限制的用户可以穿戴我们的系统以用于在家中进行康复训练期间接收创建规定的手臂运动的引导，而不需要来自治疗师的外部引导。用户也可以穿戴我们的系统来接收用于改正他们的瑜伽姿势的实时反馈。

尽管我们在此提出的研究旨在测试系统在引导用户的运动时的有效性，但系统的显示突出的未触地动觉提示的能力为我们的设备在其他场景中(诸如，触觉虚拟现实和远程操作)的使用开辟了若干可能性。致动器可以用于显示由接触或移动虚拟物体产生的力。系统可以特别引人注目地用于游戏以通过工具显示提示，例如与虚拟剑战斗时经历的那些。

H)总结

在这项工作中，我们描述了WAVES，一种可穿戴的非对称振动激励系统，用于显示触觉方向引导提示。与需要用户解释二进制提示或匹配振动图案的传统振动反馈不同，WAVES通过拉动感和扭曲感创建直觉的、易于解释的方向提示。通过我们的方法，只需要六个致动器来提供十二个不同的方向提示。用户感觉被迫使在引导提示的方向上移动或旋转他们的手，并且通过与提示的方向一致或逆着该提示的方向的运动来放大感觉。致动器放置和与皮肤的接触对于产生显著的拉动感或扭曲感至关重要。梅斯纳氏小体的方向特性产生了对方向的不相等的感知。此外，具有较大手指的参与者更强烈地感知到旋转方向，部分地由于存在更大的杠杆臂而产生更大的物理扭矩。

I)进一步发展

由非对称振动提供的拉动感的强度受致动器和皮肤之间的耦合强烈影响。当致动器被握持在手中时，重要的是存在尽可能多的皮肤接触并且使致动器被轻轻地握持，使得皮肤能够达到其最大位移。然而，当致动器直接安装到使用者的手上时，致动器和皮肤之间的耦合变得显著更复杂。优选地，致动器被安装成使其在皮肤上平坦并且沿其长度均匀接触。当致动器直接沿着手或手指中的骨头安装时，实现最强的拉动感。

图7A至图7C示出了手上的两个致动器(702、704)的三种可能的安装实现，其将提供两个方向提示轴。在图7A的示例中，左-右致动器702通过带706保持在手背，并且前-后致动器704通过带708保持在手的侧面。如所示，图7B的示例在这两个致动器的位置方面与图7A的示例不同。在图7C的示例中，通过使用用于两个致动器的单个带710将这两个致动器保持与手腕接触。

重要的是应注意，在这些实现中，致动器是非同位配置的(即，它们位于手的不同部分上)。安装位置的这种差异意味着在其他致动器的位置处感觉不到来自一个致动器的振动。因此，单独的振动轴不是物理上与多维振动信号相加。相反，振动由手的单独部分中的机械性刺激感受器单独地感测，并且拉动感然后在感知上组合到单个轴上，如上文发明内容部分中所述。

尽管上文给出的详细示例涉及设置在手上的非对称振动致动器，但是也有可能在身体的其他部分上设置两个或更多个非对称振动致动器。为了提供致动器拉动感的感知组合，两个或更多个致动器通常需要在同一身体部位上。

如图7C的示例中那样，多个致动器可以附接到手腕，以显示具有多个自由度的提示。单个致动器可以用于显示平移提示，并且一对平行安装的致动器可以用于显示旋转提示。腕带将被构造成使得致动器不是彼此刚性地连接并且相对于彼此自由移动至少几毫米的距离。腕带将由弹性材料或织物材料制成。可以在致动器和皮肤之间使用诸如胶带或胶水之类的粘合剂以更好地传递皮肤变形。

显示多个自由度的多个致动器(802、804)可以通过使用弹性带(806、808)或衬衫的袖子附接到上臂(图8A至图8B)或下臂(图8C至图8D)。在图8A的示例中，前-后致动器802通过带806被保持在上臂的外侧，并且上-下致动器804通过带806被保持在上臂的后侧。如所示，图8B的示例在这两个致动器的位置和接近度方面与图8A的示例不同。在图8C的示例中，前-后致动器802通过带806被保持在下臂的外侧，并且上-下致动器804通过带806被保持在下臂的后侧。如所示，图8D的示例在这两个致动器的位置和接近度方面与图8C的示例不同。在任一种配置中，致动器应该与皮肤直接接触。单个致动器可以用于显示平移提示，并且一对平行安装的致动器可以用于显示旋转提示。

可以使用帽子(图9A)或头带(图9B)配置将多个致动器附接到头部。图9A的示例示出了安装在帽子906上的致动器902和904。图9B的示例示出了安装在头带918上的致动器912、914和916。单个致动器可以用于显示平移提示，并且一对平行安装的致动器可以用于显示旋转提示。致动器应该与皮肤直接接触，理想情况下是前额的非多毛的皮肤。头带应该由弹性材料制成，帽子可以由织物材料或弹性材料制成。可以在致动器和皮肤之间使用诸如胶带或胶水之类的粘合剂以更好地传递皮肤变形。

可以使用弹性颈带将多个致动器附接到颈部，如图9C中的示例。这里，致动器922、924和926安装在头带928上。单个致动器可以用于显示平移提示，并且一对平行安装的致动器可以用于显示旋转提示。致动器应该与皮肤直接接触，并且可以在致动器和皮肤之间使用粘合剂以增加皮肤变形的传递。

可以通过使用弹性带将显示多个自由度的多个致动器附接到脚踝，如图10A和图10B的示例中。在图10A的示例中，致动器1002和1004用弹性带1006保持就位。在图10B的示例中，致动器1012、1014和1016用弹性带1018保持就位。单个致动器可以用于显示平移提示，并且一对平行安装的致动器可以用于显示旋转提示。致动器应该与皮肤直接接触，并且可以在致动器和皮肤之间使用粘合剂以增加皮肤变形的传递。

显示多个自由度的多个致动器可以通过使用鞋附接到脚，如图10C所示。在这个示例中，致动器1022、1024和1026安装在鞋1020上。致动器应该与鞋机械地解耦，使得它们在被激励时不会试图加速鞋的质量。这可以通过在致动器和鞋之间放置弹性材料来完成，使得由致动器施加的力用于拉伸材料而不是加速鞋。

可以通过使用弹性带将显示多个自由度的多个致动器附接到脚踝，如图11A至图11C的示例中。图11A示出了弹性带1106将致动器1102和1104保持就位。图11B示出了弹性带1118将致动器1112、1114和1116保持就位。图11C示出了弹性带1126将致动器1122和1124保持就位。单个致动器可以用于显示平移提示，并且一对平行安装的致动器可以用于显示旋转提示。可以在致动器和皮肤之间使用粘合剂以增加皮肤变形的传递，并且在膝盖运动期间将致动器保持就位。

可以通过使用背心将显示多个自由度的多个致动器附接到胸部，如图12A至图12B的示例中。图12A示出了背心1200将致动器1202、1204、1206和1208保持就位。图12B示出了背心1200将致动器1202、1204、1206和1208保持在与图12A的示例中不同的位置。致动器可以被放置在上胸部和下胸部的多个位置。由于胸部是大面积的，因此致动器也可以用于显示空间信息。

在上文给出的例子中，采用了音圈致动器。图13A示意性地示出了音圈致动器，其中构件1302和1304通过线圈中的电流与来自永磁体的磁场之间的相互作用而被驱动成相对运动。音圈可以包括固定电磁线圈和移动磁体，或固定磁体和移动电磁线圈。通过使用柔性膜或轴承使永磁体在电磁线圈内居中。固定部件与用户接触。通过改变发送到线圈的电流的符号和大小来控制移动部件的位置和速度。将控制移动部件在一个方向上快速移动，并在返回方向上缓慢移动。然而，本发明的实践并不严格依赖于所采用的致动器的类型。以下描述涉及可以在本发明的实施例中使用的若干替代致动器。

线性共振致动器(LRA)——可以通过使用线性共振致动器引起非对称皮肤变形轮廓。该致动器将由使致动器内的质量沿一个方向快速移动并沿返回方向缓慢移动的信号驱动。最佳驱动信号将取决于致动器的频率特性。LRA将产生非对称力轮廓，当致动器被穿戴或被保持时，该轮廓将被传递至非对称皮肤变形。每个自由度将需要一个致动器。

可以使用弹簧1314上的质量块1316来引入非对称皮肤变形轮廓，如图13B的示例中。机电致动器1312(例如，音圈)将用于控制到弹簧的输入信号，使得附接的质量块在一个方向上快速移动并且在返回方向上缓慢移动。最佳驱动信号将取决于系统的质量和弹簧常数。该系统将产生非对称力轮廓，当致动器被穿戴或被保持时，该轮廓将被传递至非对称皮肤变形。每个自由度将需要一个致动器。

可以使用线性伺服直接施加非对称皮肤变形，如图13C的示例中。这里1322示意性地示出了伺服控制，并且线性致动器1324按照控制器1322的命令延伸或缩回构件1326。伺服将在一个方向上快速致动，并且在返回方向上缓慢地致动。构件1326可以被附接到被保持抵靠穿戴者的皮肤上的平台上。伺服可以在可穿戴设备中触地到身体的不同部分，或者可以在可握持设备中触地到手柄。每个自由度将需要一个致动器。

可以使用电动机直接施加非对称皮肤变形，如图14A至图14B的示例中。电动机(1402或1412)的旋转运动将被机械地转换成线性运动。潜在的机构包括滑块-曲柄机构(图14A中的1404)或齿条-齿轮系统(图14B中的1414)。电动机将在一个方向上快速旋转，并且在返回方向上缓慢地旋转。平台或橡胶结节将被附接到线性机构的末端以使皮肤变形。每个自由度将需要一个致动器。

可以使用旋转伺服直接施加非对称皮肤变形，如图14C至图14D的示例中。伺服(1422或1432)将在一个方向上快速旋转，并且在返回方向上缓慢地旋转。旋转运动将被机械地转换成线性运动(例如，通过图14C上的滑块-曲柄机构1424或图14D中的齿条-齿轮系统1434)，这然后将使使用者的皮肤变形。每个自由度将需要一个致动器。

可以通过联动装置或多个联动装置直接将力传递到指尖来实现产生非对称皮肤位移的附加方法。这些联动装置将保持平台与指尖接触。然后将使用电动机非对称地移动平台(在一个方向上更快，在返回方向上更慢)。这种非对称运动将在一个方向上引起更快的皮肤变形，从而在更快的方向上产生方向提示。可以致动平台以根据联动装置和电动机的数量沿任意轴显示单轴方向提示或多个方向提示。该系统还可以用于通过旋转平台来显示旋转提示。

通过使用飞轮设备将扭矩脉冲给予用户的指尖，可以实现产生非对称皮肤位移的附加方法。将通过调节飞轮的速度和定向控制飞轮的角动量来产生这些扭矩脉冲。飞轮将被附接或保持在用户的手指中，使得当施加扭矩时，用户指尖上的皮肤被拉伸。可以控制该设备以产生非对称扭矩脉冲，该非对称扭矩脉冲在期望的方向上具有比在返回方向上更大幅度的扭矩。然后，这些扭矩脉冲将被传递到用户手指处的非对称皮肤变形。飞轮设备可以被构造使得它能够沿任意轴显示单轴方向提示或多个方向提示。

Claims (9)

1.一种触觉反馈设备，包括：

两个或更多个1-D致动器，所述两个或更多个1-D致动器以非对称振动驱动以向用户提供力提示，其中，所述致动器中的至少两个致动器被配置为通过所述致动器的输出的组合提供矢量力提示；

其中，所述两个或更多个1-D致动器彼此机械隔离。

2.如权利要求1所述的触觉反馈设备，进一步包括刚性衬底，其中，所述两个或更多个1-D致动器通过柔性的并且机械隔离的介质安装到所述刚性衬底，所述柔性的并且机械隔离的介质被配置为使所述两个或更多个致动器彼此机械解耦。

3.如权利要求1所述的触觉反馈设备，进一步包括一个或多个弹性织物构件，所述一个或多个弹性织物构件被配置为将所述1-D致动器中的至少一个1-D致动器保持与操作中的用户的皮肤接触。

4.如权利要求1所述的触觉反馈设备，其中，所述弹性织物构件不在所述弹性织物构件的相应的1-D致动器的致动方向上伸展。

5.如权利要求1所述的触觉反馈设备，进一步包括一个或多个弹性套筒构件，所述一个或多个弹性套筒构件被构造为将所述1-D致动器中的至少一个保持与操作中的用户的皮肤接触。

6.如权利要求1所述的触觉反馈设备，其中，所述1-D致动器被配置为安装在选自由以下组成的群组中的人类身体部位上：手指、手、手腕、手臂、头部、颈部、脚踝、脚、膝盖和胸部。

7.如权利要求1所述的触觉反馈设备，进一步包括至少一对线性致动器，所述至少一对线性致动器被设置为向用户的皮肤递送基本上相等并且相反的力以产生触觉旋转提示。

8.如权利要求1所述的触觉反馈设备，其中，所述两个或更多个1-D致动器是音圈致动器。

9.如权利要求1所述的触觉反馈设备，其中，所述两个或更多个1-D致动器选自由以下组成的群组：弹簧上的振荡质量，其中所述质量的位置由电动机或者音圈控制；线性伺服；旋转电动机，所述旋转电动机具有将旋转转换成皮肤的位移的机械联动装置；旋转伺服电动机，所述旋转伺服电动机具有将旋转转换成皮肤的位移的机械联动装置；以及线性谐振致动器。