CN102331839A

CN102331839A - 一种crt式射流触觉显示器

Info

Publication number: CN102331839A
Application number: CN201110266249A
Authority: CN
Inventors: 帅立国; 郑竹林; 苏建修; 李玉琦; 宁欣; 张文庆
Original assignee: Henan Institute of Science and Technology
Current assignee: Henan Institute of Science and Technology
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2031-09-09
Also published as: CN102331839B

Abstract

本发明为一种用于显示触觉图文的CRT式射流触觉显示器。该射流触觉显示器包括触觉屏幕(7)、支撑网格(8)、隔水薄膜(9)、齿圈支架(10)、俯角电机及齿轮(11)、射流喷管(12)、随机振动耦合(13)、射流水泵(14)、振动耦合器(15)、转动轴(16)、水温控制器(17)、进水管(18)、过滤器(19)、集水池(20)、扇形齿轮(21)、摆角电机(22)、摆角齿轮(23)、支撑导槽(24)及机身(26)。本发明最显著的特征在于通过俯角电机及齿轮控制射流喷管的俯仰角，并通过摆角电机及摆角齿轮控制射流喷管水平面上的摆角，从而控制射流水柱作用于触觉屏幕上的空间位置。当射流水柱以很快的速度扫描并作用于触觉屏幕上不同的空间位置时，则可形成二维空间上的射流触觉图文画面，从而通过触觉暂留现象使操作者以触觉方式感知到二维触觉图文信息。

Description

一种CRT式射流触觉显示器

技术领域

本发明涉及一种用于显示图文信息的触觉显示器，尤其是能够以类CRT工作方式调整射流水柱的空间角度实现图文显示的射流触觉显示器。

背景技术

射流触觉是由发明人于2005年提出并获得国家自然科学基金资助的一种新型触觉显示方法，为国内外领域内首创，并已获得多项国家发明专利授权，详见“水射流刺激的机器人触觉再现方法”(专利号：200510038437.5)，“基于射流技术的触觉显示装置及显示方法”(专利号：200510094474.8)。

目前，基于射流刺激方式的触觉显示器均为发明人所提出，已授权及已申报的发明专利均为点阵式结构，射流水柱的方向和角度在触觉显示过程中不会改变，总是保持同一个状态，因此，有多少个触点就有多少个射流水泵或射流水阀开关。

现有射流触觉显示器在技术方案上结构较为复杂，成本也较高，以一个触点20元成本计算，一个100×100的触觉阵列造价即高达20万元，这给射流触觉显示技术的推广应用造成很大困难。

发明内容

技术问题：本发明的目的针对现有射流触觉显示器在技术方案上控制复杂、成本也较高，导致难以广泛应用和推广这一困难，提供一种能够以类CRT工作方式调整射流水柱的空间角度实现图文显示的射流触觉显示器。该射流触觉显示器能够通过控制射流水柱的转角和俯仰角，只要一个射流水柱，即可实现二维平面空间上的射流触觉图文显示，大大降低了装置成本。

技术方案：本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

1)采用射流水泵将集水池中的水液通过进水软管抽吸并泵出，形成具有一定压力的射流水柱。

2)在进水软管中设置水温控制器调节水温，从而控制操作者所感知的射流触觉温度。

3)在射流水泵上设置振动耦合器，以在水柱中耦合特定频率的射流振动，进而实现操作者指端所感知的触觉振动。

4)在射流水泵出口处设置随机振动耦合器，从而在射流水柱中耦合一定的随机振动，以改善操作者所感知的触觉时间适应性。

5)通过俯角电机及齿轮控制射流喷管的俯仰角，并通过摆角电机及摆角齿轮控制射流喷管水平面上的摆角，从而控制射流水柱作用于触觉屏幕上的空间位置。

6)触觉和视觉、听觉一样，也具有感觉暂留特征，即触觉感觉的建立和消失均需要一定的时间历程。如果射流水柱以很快的速度扫描并作用于触觉屏幕上不同的空间位置，则可在触觉屏幕上形成二维射流触觉图文画面，从而通过触觉暂留现象使操作者感知到二维触觉图文信息。

有益效果：本发明可以很好地克服现有射流触觉显示器在实际使用中结构复杂、成本较高，难以推广应用的困难，提供一种CRT式射流触觉显示器。该CRT式射流触觉显示器能够把从一个射流喷管中射出的射流水柱以很快的速度通过俯仰角控制和水平摆角控制作用于触觉屏幕上的任一空间位置，从而在触觉屏幕上形成二维射流触觉图文画面，进而通过触觉暂留现象使操作者感知到二维触觉图文信息。

本发明为原创性、具有自主知识产权的CRT式射流触觉显示器创新产品，并且结构简单、成本低廉，易于产业化和推广应用，具有广阔的市场前景，经济效益和社会效益显著。

附图说明

图1为本发明CRT式射流触觉显示器的应用示意图。其中有计算机1、射流控制器2、触觉显示器3、操作者4、键盘5及鼠标6等组成。

图2为本发明CRT式射流触觉显示器的结构示意图。其中有触觉屏幕7、支撑网格8、隔水薄膜9、齿圈支架10、俯角电机及齿轮11、射流喷管12、随机振动耦合13、射流水泵14、振动耦合器15、转动轴16、水温控制器17、进水管18、过滤器19、集水池20、扇形齿轮21、摆角电机22、摆角齿轮23、支撑导槽24、射流水柱25及机身26。

图3是本发明CRT式射流触觉显示器的图文显示示意图。其中有触觉屏幕7、网格线27、扫描线28、字符29。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进一步说明。

图1为本发明射流触觉显示器的应用示意图，其中有计算机1、射流控制器2、触觉显示器3、操作者4、键盘5及鼠标6等组成。图中，计算机1与键盘5和鼠标6，并能够接收来自键盘5的数据输入和来自鼠标6的操作控制；计算机1与射流控制器2相连，并将需要进行触觉显示的图文数据发送至射流控制器2；射流控制器2通过射流水柱作用于触觉显示器3，能够依据从计算机1所接收到的图文数据控制射流水柱作用于触觉显示器3的屏幕上的空间位置，实现射流触觉图文显示；触觉显示器3与操作者4相连，当操作者希望获取触觉显示器3上的图文信息时，可以通过触摸触觉显示器3的触觉屏幕7的方式感知图文信息；操作者4与键盘5和鼠标6相连，能够通过手指的操作向计算机1输入相关数据和进行操作控制。

当操作者4使用计算机1时，可以通过键盘5和鼠标6向计算机1输入相关控制数据，计算机1则将需要以图文方式反馈给操作者的相关信息发送至射流控制器2，射流控制器2接收到图文信息相关的数据后通过控制射流水柱作用于触觉显示器3的触觉屏幕7上的空间位置，当射流控制器以很快的方式进行扫描和操作控制时，则可实现如图3所示的二维触觉图文显示。

图2为本发明射流触觉显示器的结构示意图，其中有触觉屏幕7、支撑网格8、隔水薄膜9、齿圈支架10、俯角电机及齿轮11、射流喷管12、随机振动耦合13、射流水泵14、振动耦合器15、转动轴16、水温控制器17、进水管18、过滤器19、集水池20、扇形齿轮21、摆角电机22、摆角齿轮23、支撑导槽24、射流水柱25及机身26。图中，触觉屏幕7采用高弹薄膜制成，并倾斜一定角度通过支撑网格8支撑固定位于机身26上方，以便操作者进行触摸操作；射流水泵14通过转动副固定于扇形齿轮21上，用于将集水池20中的水液通过进水管18抽吸并泵出，以形成具有一定压力的射流水柱25；进水管18中间位置处设置水温控制器17以调节水温，进而控制操作者所感知的射流触觉温度；射流水泵14的进水口处设置有振动耦合器15，以在水柱中耦合特定频率的射流振动，进而实现操作者指端所感知的触觉振动；射流水泵14出口处设置随机振动耦合器13，从而在射流水柱25中耦合一定的随机振动，以改善操作者所感知的触觉时间适应性；射流喷管12与随机振动耦合器13相连，用于导引射流并将其喷向触觉屏幕7；齿圈支架10并通过铆焊等工艺与扇形齿轮21形成刚性联接，射流喷管12上固定有俯角电机及齿轮11，当俯角电机及齿轮11转动时，射流喷管12的俯仰角也随之改变；扇形齿轮21通过转动轴16与机身26进行连接，扇形齿轮21与摆角齿轮23通过齿轮副联接，摆角齿轮23与摆角电机22通过键槽等构成刚性联接，当摆角电机22转动时，摆角齿轮23通过齿轮副带动扇形齿轮21转动；支撑导槽24与扇形齿轮21连接，并通过滑动副对扇形齿轮21形成水平面上的支撑；射流水泵14、振动耦合器15、随机振动耦合器13及射流喷管12作为一个整体通过转动轴承副固定于扇形齿轮21上方，当扇形齿轮21转动时，射流喷管12等也随之转动。

当需要进行射流触觉显示时，控制系统可以通过俯角电机及齿轮11控制射流喷管12的俯仰角，并通过摆角电机22及摆角齿轮23控制射流喷管12水平面上的摆角，从而控制射流水柱25作用于触觉屏幕7上的空间位置。当射流水柱以很快的速度扫描并作用于触觉屏幕上不同的空间位置时，则可形成二维空间上的射流触觉图文画面，从而通过触觉暂留现象使操作者以触觉方式感知到二维触觉图文信息。

图3是本发明CRT式射流触觉显示器的图文显示示意图。其中有触觉屏幕7、网格线27、扫描线28、字符29。图中扫描线28为实施射流触觉图文显示时的射流水柱行程，如图所示，射流水柱的行程依次为从左上方开始，依次从左向右，自上而下，当射流水柱到达右下方底部时，将重新回到左上方开始下一轮扫描；网格线27为假象的射流触觉点阵，并非实际的网格，射流点阵的阵列大小可以依据触觉图文显示的需求灵活设置；字符29为显示中文字符“帅”的情形。

本发明为原创性、具有自主知识产权的创新产品。本发明所提供的CRT式射流触觉显示器可以很好地克服现有射流触觉显示器在实际使用中结构复杂、成本较高，难以推广应用的困难，不仅结构简单，而且成本低廉，易于产业化和推广应用，具有广阔的市场前景，经济效益和社会效益显著。

Claims

1.一种CRT式射流触觉显示器，其特征在于该触觉显示器包括触觉屏幕(7)、支撑网格(8)、隔水薄膜(9)、齿圈支架(10)、俯角电机及齿轮(11)、射流喷管(12)、随机振动耦合(13)、射流水泵(14)、振动耦合器(15)、转动轴(16)、水温控制器(17)、进水管(18)、过滤器(19)、集水池(20)、扇形齿轮(21)、摆角电机(22)、摆角齿轮(23)、支撑导槽(24)、射流水柱(25)及机身(26)。其中，

2.根据权利要求1所述的一种CRT式射流触觉显示器，其特征在于采用射流水泵(14)将集水池(20)中的水液通过进水管(18)抽吸并泵出，形成具有一定压力的射流水柱(25)。

3.根据权利要求1所述的一种CRT式射流触觉显示器，其特征在于在进水管(18)中间位置处设置水温控制器(17)以调节水温，从而控制操作者所感知的射流触觉温度。

4.根据权利要求1所述的一种CRT式射流触觉显示器，其特征在于在射流水泵(14)上设置振动耦合器(15)，以在水柱中耦合特定频率的射流振动，进而实现操作者指端所感知的触觉振动。

5.根据权利要求1所述的一种CRT式射流触觉显示器，其特征在于在射流水泵(14)出口处设置随机振动耦合器(13)，从而在射流水柱(25)中耦合一定的随机振动，以改善操作者所感知的触觉时间适应性。

6.根据权利要求1所述的一种CRT式射流触觉显示器，其特征在于通过俯角电机及齿轮(11)控制射流喷管(12)的俯仰角，并通过摆角电机(22)及摆角齿轮(23)控制射流喷管(12)水平面上的摆角，从而控制射流水柱(25)作用于触觉屏幕(7)上的空间位置。