CN102214379A

CN102214379A - 触觉帮助提示器

Info

Publication number: CN102214379A
Application number: CN2010101383506A
Authority: CN
Inventors: 张文
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2010-04-02
Publication date: 2011-10-12

Abstract

触觉帮助提示器，为了帮助盲人、聋哑人感知外部景象、声音，方便出行，改进生活状况，使用多个电磁直线驱动的驱动单元对应所摄影像的不同灰度电平或色彩使用不同大小和频率的电流驱动，使其触觉头产生不同凹凸触觉和不同频率运动，又使用测距仪代替盲杖获得距离，使盲人用触觉能粗略感知面前景物；类似地，使用多个电磁直线驱动的驱动单元组合，使其按压头产生不同按压感，对应所接收声音的不同音频特征，又借助语音识别和键输入技术，使聋哑人用触觉能粗略感知周围声音，从而达到改善他们生活的目的。同样，利用电磁直线驱动产生的对人体的按压感，还可制成适用于计算机、随身听等可伴随音乐的随身按摩器以及中医专用的按摩、针灸设备，当然，也可用来给处于公共场所的正常人提示多种信息。

Description

触觉帮助提示器

技术领域：小型电子设备。

背景技术：

1.目前，全社会都在关注残疾人。我也于2005/1/12提出了一个名为《触觉提示器》的申请号为2005100130877帮助盲人和聋哑人的发明，并于2005/1/13又提出一个解决轮椅跨台阶、过河沟问题的名为《一种轮子跨越台阶的简单方法》的发明，申请号为2005100019719。这些发明已公开有几年了，但至今，盲人出行难的问题仍然没有解决。虽说，现在不少城市都设置了不少盲道，在道口加装声音提示，但只能解决盲人走部分道路过部分道口的问题，还有其他许许多多道路、道口呢？其实，这些花费也是不低的。再有，导盲犬就更不具有普遍推广的条件了。而前几天，在莫斯科中俄汉语年的开幕演出的千手观音舞蹈，聋哑人仍然要靠手语作提示。

2.作为一个健全人，也会遇到各种问题。比如我，二十几年前，在学校做运动，不慎被扭伤，以前不以为是问题，如今，人到中年，发现它影响健康，去医院找大夫推拿按摩。我发现，医院真是人满为患，好多人在排队等按摩。只见大夫不停地摆弄患者的头、脖子，还叮嘱：回去要多喝水。其实，我在《触觉提示器》里也提出过按摩问题。

3.我的《触觉提示器》已于2010、1、8被专利局错误驳回。但是，此前，作为本领域的工程师，我动员多个完全具有生产能力的公司生产，也莫名其妙的没有结果。如今，据媒体说，西南地区严重干旱，许多人饮水困难，看来，需要治疗按摩的人会更多。这在医学上是有道理的，人体不能及时补充干净的水，血流不畅，不能满足代谢的需要，就会产生多种不适或疾病。

4.当然，现在在许多商场超市都可见到各式各样的按摩器，特别是还较为方便的按摩椅垫。在发明2008101547354《健身坐标器》里，还提出将现在的鼠标器改为可滑动的坐垫式的坐标器，用脚点击和双击，具有活动腿脚、腰肩、颈椎，保护视力，解放双手的突出优点。

5.为残疾人解决问题，当代许多技术可以利用，许多科学工作者也作出了努力和贡献。例如，日本的石仓理有等在发明JP2000221872A《视觉障碍者用表示装置》中，就给出利用电磁驱动能表示文字凹凸的帮助盲人装置，还有媒体报道，现在已生产出如我们常人用显示屏的显示盲文的盲文显示屏。当然，也可显示我们常人使用的文字，只是，绝大部分盲人都不认识，因为，他们原来学习的是盲文。其实，早期的现在仍在使用的针式打印机，已将这方面的技术成熟良好地表现出来。但是，除本人的2005100130877发明外，还没有解决盲人感觉景象问题的其他方法。

6.我本人，在2000、10、13给出利用电磁力直线驱动的发明001296213《归一化电驱动交通侍服系统》，在2001、7、25给出利用类似原理解决老弱病残孕卧床问题的发明011205938《一种可封闭智能睡眠系统》，又利用类似的由电磁力产生的直线运动的驱动原理，在2005、1、12给出《触觉提示器》。而该技术原理，全世界早已使用超过百年，只不过，我们现在使其和电子计算机技术结合，变化出这许多新技术方案，解决许多过去我们难以解决的问题。

7.我记得，1995年，我出差河南开封，曾在一些影院感受一种动感震撼影片，即影院将影片的音响输出又通过线路送到观众座椅里，利用震动电机在椅垫、椅背里引起震动，使观众在屏幕上出现开枪开炮、爆炸、车辆运行等画面时，座椅里也同步给出大小变化的震动，的确有动感震撼效果。这与申请日为2002年5月12日，申请号为022146911的中国实用新型专利《音乐与人体互动器》所描述的差不多。但如果让聋哑人坐在这样的座椅里，估计他们能感受的声音还是很有限的。这可能与聋哑人在好的迪斯科舞厅里，通过地板感受音乐的效果差不多。

8.目前，红外线调制与解调技术已很成熟，如我们常用的电视机遥控器，光电鼠标器，还有电影里常出现的红外线防盗技术。此外，激光调制与解调已很成熟，用于点对点的测距和通信以及瞄准。

9.目前，语音识别技术已较成熟，广泛应用于我们日常使用的如手机等电子设备中。还有，我们手机现在大多还有手写输入功能，事实上，这是图形识别技术。发明内容：为了帮助盲人、聋哑人感知外部景象、声音，方便出行，改进生活状况，使用多个电磁直线驱动的驱动单元对应所摄影像的不同灰度电平或色彩使用不同大小和频率的电流驱动，使其触觉头产生不同凹凸触觉和不同频率运动，又使用测距仪代替盲杖获得距离，使盲人用触觉能粗略感知面前景物；类似地，使用多个电磁直线驱动的驱动单元组合，使其按压头产生不同按压感，对应所接收声音的不同音频特征，又借助语音识别和键输入技术，使聋哑人用触觉能粗略感知周围声音，从而达到改善他们生活的目的。同样，利用电磁直线驱动产生的对人体的按压感，还可制成适用于计算机、随身听等可伴随音乐的随身按摩器以及中医专用的按摩、针灸设备，当然，也可用来给处于公共场所的正常人提示多种信息。

附图说明：图1是盲人用触觉提示图像板；

图2是盲人使用该触觉帮助提示图像器示意图；

图3是盲人用触觉帮助提示图像器原理示意图；

图4是盲人用触觉帮助提示图像器驱动单元机构示意图；

图5是聋哑人及常人使用触觉帮助提示声音器驱动单元结构示意图；

图6是聋哑人用触觉帮助提示声音器依音频特征安装结构示意图；

图7是触觉帮助提示声音器使用方法示意图；

图7a是触觉帮助提示声音器连接示意图。

具体实施方式：

客观地说，本发明对盲人、聋哑人的帮助仍然是有限的，尤其是盲人。

盲人使用的触觉帮助提示图像器如图2，一般由普通摄像机12，激光或红外测距仪11、13，可以把我们一般的黑白图像按灰度电平变成凹凸感的触觉提示图像板1，测距仪安装用特别长舌帽15构成。其中的特别长舌帽也可以是普通的，但需安装如拉杆天线的可调节杆16。本发明使用水平13和垂直11激光或红外测距仪替代盲杖，因为单单粗略触觉提示可能还难以使盲人对面前和脚下有较为踏实的了解。需要提出的是，激光会对常人的视力造成损害，所以要尽可能的减低使用功率，必要时，还应给出如警告声音或闪烁灯光进行提醒。触觉提示图像板还可以放到大型衣袋里。

如图1，这是一块由若干电磁直线驱动的驱动单元构成的触觉提示图像板，其中，1表示该提示板。2表示正在提示的凸显的图形。3表示使用者可以调节摄像机12的焦距的按钮以及暂停按钮，见图2中所示的12，即使用者可以为了摸清楚所凸显的图形为何物，调整焦距，将其放大。4的往上下单元移动，表示使用者脚前方地面高度的变化，其数据由垂直激光或红外测距仪11提供，如果同时还能获得其温度数据就更好了。5的往上下单元移动，表示摄像机所对准的物体与使用者的距离，其数据由水平激光或红外测距仪13提供。6是备份颜色表示单元，其顶出频率由高到低表示红、黄、绿三色。那么，本触觉提示图像板由多少单元构成呢？本人认为以256个为宜，多了更好。这些单元构成的象素，可以把一般物体的大概形状表示出来，当然，作为使用者的盲人，还要进行大量的先期训练，搞清楚什么对应什么。

如图4，给出一种驱动单元的结构示意图。21表示触觉提示板的触觉头，就是冒出来，落下去供感觉的那个部分。22表示导磁软铁，23表示线圈，24表示吸动铁，25表示磁屏蔽外壳，26表示输入电流线，27表示复位弹簧。其实，这和一般的喇叭的工作原理差不多，喇叭是通电线圈在磁场中运动，而本驱动单元是通电线圈产生磁场力，减去弹簧压缩力，驱动21触觉头顶出，电流越大，触觉头21顶出越多。

在黑白图像显示方面，我们有简单10级灰度。但在此触觉提示板上，要做得10级灰度就困难了，而且意义不大，我看能做到5级就很好了。再就是帧频，现在好的显示器已做到200hz，而此处，对于盲人触觉，也许2hz就可以。但要利用现有普通摄像机如50hz的帧频减低到2hz的空间，作为电流控制的方法，这和变频技术有点类似，即通过改变数据或称驱动脉冲数来改变电流。当然，也可以设置5种电压对应驱动单元的触觉头的不同位置，由CPU给出开关信号控制小内阻电子开关或开关管，例如，使用5节电池，每节给出一个输出；例如，使用开关电源，设置5种输出绕组等等。

然而，在实际使用时，仅仅黑白显示功能还不能满足需要，最明确的问题就是交通信号灯它是红、绿、黄三色组成，对于盲人也很重要。那解决的办法就是改变触觉头21的顶出频率了，如25hz表示红，5hz表示黄，1hz表示绿。由于红绿黄本来对应不同的灰度，而交通信号灯往往又是环境背景里比较亮的，所以，获得它们的识别信号是不困难的，往往它们是触觉提示图像板里最凸的部分。而且，彩色编码和解码技术里也容易做到这一点。

对于其他如公交车的号码，乃至一些我们常人使用的文字，可能大部分盲人是不认识的，阿拉伯数字还可以学，文字就比较麻烦，据说现在已经有为盲人开发的翻译系统，可以把文字变成声音或盲文。那么，利用手机的手写识别功能，就可以把一些文字、甚至是一些该触觉提示板在等灰度电平所构成的图形进行识别，用声音给出可能判断，例如，可能是人，可能是狗...。

由于大部分盲人听力往往很好，所以，利用音频加触觉提示效果会更好。如上文提出的水平测距仪和垂直测距仪，就可以用正常的、提醒的、警告的不同频率的声音作为提示，还有红绿黄信号灯等等。

如图3，方框图给出该盲人触觉帮助提示图像器一般工作原理。摄像机12的摄像头12-t获得的图像送入摄像机12的主板，CPU，按灰度换为数据，送去触觉提示板1对应的驱动单元，反应为触觉头21的不同位置，构成摄像机所摄景物的大概凹凸感的图形2。在针式打印机和现在手机液晶显示屏里，都进行类似的数据传送，可以借用同样技术，必要时，可以加并行数据暂存器。水平13和垂直11测距仪可由CPU发送测距脉冲，也可以由单独测距部件完成，将数据送入CPU，由CPU给出表示水平和垂直距离的4和5的位置的驱动单元的数据。当使用者为了摸清远处图形而改变摄像头12-t的焦距时，按按钮3，信号送入CPU，使图像提示板暂停，再送去摄像头12-t调整。

类似地，我们将触觉提示应用来帮助聋哑人。

在聋哑人触觉帮助提示声音器里，我们使用的是电磁驱动单元的驱动过程，即产生位移时所伴随的作用力，它对人体产生按压效果。利用这种按压的组合特征来表示声音特征，使聋哑人可以感受按压的有无和哪些电磁驱动单元在何时产生了按压，从而让聋哑人能感知周围有无声音以及该声音可能表示何种意义。而在上文盲人用触觉帮助提示图像器里，使用的是电磁驱动单元给出的驱动结果，虽然，二者都使用驱动单元的组合来表示，前者表示图像，后者表示声音。

如图5，图中给出触觉帮助提示声音器驱动单元的结构示意。31表示按压头，共有三种。我们知道，压力一定，面积越小，压强越大，所以，改变按压头大小，也可改变按压效果。按压柱38顶部尖细且有螺丝，按压头31有螺纹，可以按压强要求替换，同时方便拆装。作为本发明的一个优点，该驱动单元可以象钮扣一样随意穿透衣服，安装在我们衣服的任何地方，肩膀，脖颈，手腕，胸部，帽子上，后背，腰部，臀部，小腿，足部等等，可以由厂家提供尼龙等化纤安装带，也可以安装在使用者自己的紧身衣，内衣，衬衣，泳衣，袜子，多种松紧带上。而且，按压头也可以单独通电，实现针灸功能，如果必要，按压头外部还可套一个乳胶套。

32表示导磁软铁，33表示线圈，34表示吸动铁，35表示磁屏蔽外罩，36表示线圈输入用电线，37表示一个永磁体，使处于静态时按压头稳定，又给人体提供一个小磁场，而当线圈加电时，它对吸动铁的作用力又越来越小，符合按压动作需要。

如图6，给出一种以音频功率谱为特征的音频特征图，这和我们常见的均衡器差不多，而且，使用的电子线路一样，只是频率中心调整为以话音为主。例如，将800hz和1100hz作为主要提示部分，这是因为，经试验，大部分男士的话音主要功率谱在800hz，而大部分女士的话音及声乐音的主要功率谱在1100hz--1400hz。如果直接按现有的一些音响设备的均衡器线路，将其中的发光二极管换为图5的驱动单元，估计效果也可以。所以，如果想简单实施原来2005100130877，就是：将现在发光二极管做的显示屏中的二极管换为现用的小型继电器或最小的电磁阀阀芯，即可用来作为图像提示器；也可以是将现有的音响均衡器中的显示二极管换为小型继电器或最小的电磁阀阀芯，即可用来作为声音提示器。因此，如果有电子信息专业毕业的学生说实施该发明难，那很多本领域的技术人员都会认为，他或她的毕业证书可能是假的或者是学校的教学质量令人汗颜，更不会同意他混进国务院公务员队伍里去。

当然，不以功率谱为特征，而是将音频进行数字量化，即A/D转换，获得电平数据组，比如，量化率为9.6khz/s，但将其以基波为主压缩为1.5khz，以驱动单元工作频率为40hz，使用如图6的40个驱动单元组合，也可以表示出来。

比较好的方法还是针对性设计，如图7和7a，40表示一个类似录音机的主机设备，它也可以用手机改造而得。41为左耳MIC，42为右耳MIC，这听起来有点不对，怎么MIC跑到耳朵里。您要明白，这是给聋哑人的设置。利用人耳的收集声音的耳廓，分别收集来自左右方向的声音，并使我们设定的MIC灵敏度和正常人接近。将两个MIC的信号送入主机40，利用比较它们相位差的方法，可以大概判断音源的方位。由于人耳耳廓的方向性，直接传送的声音被认为是前方音源，而如果同时或者是短时间间隔收到反射音频，则可以认为是后方音源。这样，似乎前后左右各个方位的音源都可以被判断出来。但这些只是理论，现实环境存在各种各样反射，我们常人能依据强大的听觉中枢判断出来的方位，现代电子技术要达到还是困难的的。据报道，美国的战场听觉系统使用7个方向MIC加判断软件能做到很好，连距离都能计算出来，所以一般只能说大概能判断方位。主机40一般包括CPU、音频处理电路、暂停按钮、重放按钮、MIC灵敏度调整按钮、喇叭、输入按键、电源等。43是接口，用来安装多个驱动单元，44就是触觉帮助提示音频器的若干驱动单元了。

那么到底多少驱动单元能使使用者根据它们的动作情况判断出音频的意义呢？例如，以驱动单元参考工作频率为16hz，以64个单元来如同示波器以时间和电平为轴给出音频轨迹那样描摹，以驱动单元按压头的多少或按压力的大小表示那一段电平的高度，比如用那一段电压控制驱动单元的处于放大区域的晶体管的电流，或者，如上文的使用接通不同电源电压的方法实现。再对使用者进行训练，即用手语或文字告知使用者意义，同时放音频，在使用者的背上描摹出音频轨迹。当然，对于经过训练的不同使用者，肯定能获得不少信息，但大概有多少，作为正常人，我们只能推测，可能还要在不断的实践中改进。

利用现代语音识别技术，将一些典型声音识别出来，再用简单的按压描摹形式在使用者背上描摹出来，即由如上文的指定几个驱动单元动作，可以大大提高使用者获得声音信息的能力。例如：机动车的鸣笛声，发动机声音，犬吠，爆炸，敲门，救命呼喊，救火呼喊，消防车警报，救护车警报，婴儿啼哭，风声，雨声，读书声，最经常接触人群的常用语等等。当然还有其他许多可以进行语音识别，甚至包括同一乐曲不同演奏者。而如果再使用语音合成加键盘输入技术，即如我们对手机输入那样，则可以利用主机40的喇叭发出使用者希望发出的声音，包括救命，问候，以及复杂的语言。这样，聋哑人也可以和不明白手语的正常人群进行语言交流了，这可能首先表现在熟悉的人群中。例如，聋哑人可以平时对各种人声音进行练习，用背上或安装在身上其他部位的触觉帮助提示声音器进行对照，再设置如手机一键速拨功能的常用语快速输入，会达到正常人不注意感觉不到你是聋哑人的程度。

也许，将来本发明被广泛使用的是在我们正常人的日常生活中，作为按摩器！使用上文提出的驱动单元安装带，它由粗线尼龙编织，类似肩带式枪套，也可以用松紧带，甚至橡皮膏粘。将驱动单元分为大中小功率，根据个人喜好，选择安装若干个。将接口43改为可使用USB接插头的通用型，，直接插到PC机或我本人实用新型2009202504958给出的“宾馆式计算机”HOC机的USB插口上。在接口43内部加编译芯片和存储器、控制器，以USB的5V电压为电源，按上文给出控制驱动单元的方法，即用数据控制电子开关是否接地，控制驱动单元线圈是否通电，从而实现由计算机直接控制驱动单元工作，相当于把计算机媒体播放器里的均衡器挪到你背部。这样，就可以让我们在用耳机听音乐的同时，肩膀、胸部、背部、脖颈、眼睛周围，或其他你认为需要的部位，被你选择的乐曲按摩。许多使用计算机的人们，会因为长期不活动，这里痛，那里酸，有人还弄个锗钛项圈戴，不如有个触觉帮助提示声音器帮助你按摩。喜欢MP3、MP4随身听的人们，只要换一下插头，也可以走到哪，听到哪，按摩到哪，这和固定的按摩椅、按摩坐垫就不一样了，你正在保健按摩，别人还不知道你干啥，只是电池消耗会比较快。

中医，要求定位准确，则可以用橡皮膏将驱动单元粘到需要的穴位上，但例如足太阳膀胱经会有67个穴位，可能部分穴位还要求针灸效果，所以要根据按摩或针灸顺序，单独编制程序，使用固定电源，要单独开发，不宜使用上述大众产品。

Claims

1.触觉帮助提示器，其特征是：用多个电磁直线驱动的驱动单元作为象素，使其触觉头产生不同凹凸触觉和不同频率运动，对应所摄影像的不同灰度电平或色彩的盲人触觉帮助提示图像器；或者是：使用多个电磁直线驱动的驱动单元，使其按压头产生不同按压感对应声音的不同音频特征的聋哑人或正常人触觉帮助提示声音器；或者是：利用电磁直线驱动产生的对人体的按压感制成的随身按摩器以及中医专用的按摩、针灸设备。

2.如权利要求1所述的触觉帮助提示器，其特征是：一种可对人体产生按摩或触觉帮助提示作用的电磁驱动的驱动单元采用了如钮扣的安装方式安装在人体的衣物或佩戴的专用安装带上。