CN104238821A - 一种应用于盲文阅读的触觉再现装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于盲文阅读的触觉再现装置和方法，属于人机交互领域。包括主控制单元、触觉激励单元和盲文显示单元，主控制单元，用于完成将文字、数字、字符等常用字符转化为特定的6点制盲文体格式，并融合手指触摸位置信息，向触觉激励单元发送指令信号；触觉激励单元，用于接收主控制单元指令信号，产生高压激励信号波形；盲文显示单元，用于定位手指触摸位置，并通过触觉显示面板对手指产生触觉作用。本发明将文字、数字、字母等常用字符转换为特定的6点制盲文体格式，采用静电力触觉再现技术，通过改变手指触摸面板的摩擦力，可以使盲人有效的感知盲文符号，增强盲人阅读的效率。

Description

一种应用于盲文阅读的触觉再现装置和方法

技术领域

本发明涉及人机交互领域，具体涉及一种应用于盲文阅读的触觉再现装置和方法。 

背景技术

人们所获得的信息80 %来自于视觉，盲人作为社会的弱势群体，因为视力受损，在接收信息方面存在很大的障碍，尽管当今科技发展迅猛，但是他们仍采用传统的点字板、点字机、点字打印机等在纸张上制作出不同组合的凸点的方法来书写和识别盲文，制作过程复杂，且信息量受限，随着计算机技术、模式识别技术和触觉再现技术的发展，如何让盲人像正常人一样使用电子产品，提高盲人获取的信息的效率，已经成为人们研究的热点问题。 

近年来,越来越多的研究人员利用现代电子技术来制造可以帮助视觉残障人士日常生活和学习的辅助设备.例如,盲文点显器、屏幕朗读软件等。盲文转换和盲文翻译等技术发展迅速，可以将常用的字符转换为盲人熟悉的盲文字符，引领盲人走进正常人的世界，获取信息和资源，认知真实的世界。21世纪则被称为是触觉时代,产品的触觉体验,带给人精神上以及心理上的愉悦是无法被替代的,尤其是靠触摸感知世界的盲人,更渴望在使用产品时实现沟通上的无障碍和心理上的自我满足,但现存的辅助盲人阅读的产品，大多装置复杂，操作繁琐，体积大，不方便携带，屏幕耐磨性不强，成本高，且资源受限。 

发明内容

本发明提供一种应用于盲文阅读的触觉再现装置和方法，以解决当前盲文阅读装置中存在的装置复杂，操作繁琐，体积大，不方便携带，且资源受限等问题。 

一种应用于盲文阅读的触觉再现装置，包括： 

主控制单元，用于将文字、数字、字母等常用字符转化为特定的6点制盲文体格式，并结合手指触摸图像的位置，对触觉激励单元发送指令信号； 

触觉激励单元，用于接收主控制单元的指令信号，生成相应的激励信号，并进行高压放大，激励触觉显示面板；

盲文显示单元，采用红外定位装置定位手指触摸位置，并通过触觉显示面板对手指进行作用，使用户产生触觉感受。

本发明所述主控制单元，用于将文字、数字、字母等常用字符转换为特定的6点制盲文体格式，分为盲点区和背景区，对于盲点区，6个盲点按照2列3行分布，对于每一个盲点，圆环区域始终为信号加载区域，触摸可以感知触觉作用，表征一个盲点位置；内部圆形区域，是信号加载区域或不加载区域，当加载信号时，触摸可以感知触觉作用，表征一个盲文凸点，当加载信号时，触摸不能感知触觉作用，表征一个盲文非凸点，对于背景区，从不加载信号。 

本发明所述的触觉激励单元，用于当手指触摸盲点的圆环区域时，主控制单元向触觉激励单元发送“1”指令信号，触觉激励单元接收指令信号并产生一个周期正弦激励高压信号；当手指触摸盲点的内部圆形区域时，如果加载信号，主控制单元向触觉激励单元发送“1”指令信号，触觉激励单元接收信号，并产生一个周期正弦激励高压信号，如果不加载信号，主控制单元向触觉激励单元发送“0”指令信号，触觉激励单元接收信号，不产生激励信号，当手指触摸背景区时，主控制单元向触觉激励单元发送“0”指令信号，触觉激励单元接收信号，不产生激励信号。 

本发明所述的盲文显示单元，触觉显示面板由上到下依次是：透明绝缘层、透明导电极板、玻璃底板；透明导电极板采用氟掺杂锡氧化物（FTO），经磁控溅射技术均匀喷涂在玻璃底板上，FTO层厚度0.185um±0.005um，透光率为94%；透明绝缘层采用聚醚砜（PES），厚度为2um，介电常数为3.5，经磁控溅射技术均匀喷涂在FTO层上； 

当正弦波信号V(t)施加于导电极板，绝缘薄膜内部正负电荷周期性“跳跃”，产生一个周期性变化的电场，当手指触摸触觉面板时，手指因电荷感应而周期性携带正负电荷，电荷间库仑力相互作用，增强手指滑动时的摩擦力，使手指感知触觉力作用。

一种应用于盲文阅读的触觉再现方法，其特征在于包括下列步骤： 

1）主控制器将待阅读的文字、数字、字母等常用字符转化为特定的6点制盲文体格式，分为盲点区和背景区，对于盲点区，6个盲点按照2列3行分布，对于每一个盲点，圆环区域始终为信号加载区域，触摸可以感知触觉作用，表征一个盲点位置；内部圆形区域，是信号加载区域或不加载区域，当加载信号时，触摸可以感知触觉作用，表征一个盲文凸点，当加载信号时，触摸不能感知触觉作用，表征一个盲文非凸点，对于背景区，从不加载信号；

2）当手指触摸盲点的圆环区域时，主控制单元向触觉激励单元发送“1”指令信号，触觉激励单元接收指令信号并产生一个周期正弦激励高压信号，施加于触觉显示面板，对手指产生相应的触觉作用；当手指触摸盲点的内部圆形区域时，如果加载信号，主控制单元向触觉激励单元发送“1”指令信号，触觉激励单元接收信号，并产生一个周期正弦激励高压信号，施加于触觉显示面板，对手指产生相应的触觉作用；如果不加载信号，主控制单元向触觉激励单元发送“0”指令信号，触觉激励单元接收信号，不产生激励信号，对手指产生相应的触觉作用，当手指触摸背景区时，主控制单元向触觉激励单元发送“0”指令信号，触觉激励单元接收信号，不产生激励信号，对手指产生相应的触觉作用。

 本发明具有以下的优点： 

1、能够让盲人正常使用电子产品（如平板电脑等）阅读信息，获取网络资源，而不局限于盲文专用的书籍和报刊。

2、屏幕表面采用聚醚砜材料，耐磨性好，耐冲击性强，不受酸、碱的侵蚀，无毒性。且成本低。 

3、该装置操作简单，体积小，方便携带。 

附图说明

图1是本发明的整体框图； 

图2是本发明的盲文显示单元的触觉显示面板结构图；

图3是本发明的静电力触觉再现的原理示意图；

图4是本发明的6点制盲文图像格式设计图；

图5是本发明的整体流程图。

具体实施方式

一种应用于盲文阅读的触觉再现装置，包括： 

主控制单元，用于将文字、数字、字母等常用字符转化为特定的6点制盲文体格式，并结合手指触摸图像的位置，对触觉激励单元发送指令信号； 

触觉激励单元，用于接收主控制单元的指令信号，生成相应的激励信号，并进行高压放大，激励触觉显示面板；

盲文显示单元，采用红外定位装置定位手指触摸位置，并通过触觉显示面板对手指进行作用，使用户产生触觉感受。

本发明所述主控制单元，用于将文字、数字、字母等常用字符转换为特定的6点制盲文体格式，分为盲点区和背景区，对于盲点区，6个盲点按照2列3行分布，对于每一个盲点，圆环区域始终为信号加载区域，触摸可以感知触觉作用，表征一个盲点位置；内部圆形区域，是信号加载区域或不加载区域，当加载信号时，触摸可以感知触觉作用，表征一个盲文凸点，当加载信号时，触摸不能感知触觉作用，表征一个盲文非凸点，对于背景区，从不加载信号。 

本发明所述的触觉激励单元，用于当手指触摸盲点的圆环区域时，主控制单元向触觉激励单元发送“1”指令信号，触觉激励单元接收指令信号并产生一个周期正弦激励高压信号；当手指触摸盲点的内部圆形区域时，如果加载信号，主控制单元向触觉激励单元发送“1”指令信号，触觉激励单元接收信号，并产生一个周期正弦激励高压信号，如果不加载信号，主控制单元向触觉激励单元发送“0”指令信号，触觉激励单元接收信号，不产生激励信号，当手指触摸背景区时，主控制单元向触觉激励单元发送“0”指令信号，触觉激励单元接收信号，不产生激励信号。 

本发明所述的盲文显示单元，触觉显示面板由上到下依次是：透明绝缘层、透明导电极板、玻璃底板；透明导电极板采用氟掺杂锡氧化物（FTO），经磁控溅射技术均匀喷涂在玻璃底板上，FTO层厚度0.185um±0.005um，透光率为94%；透明绝缘层采用聚醚砜（PES），厚度为2um，介电常数为3.5，经磁控溅射技术均匀喷涂在FTO层上； 

当正弦波信号V(t)施加于导电极板，绝缘薄膜内部正负电荷周期性“跳跃”，产生一个周期性变化的电场，当手指触摸触觉面板时，手指因电荷感应而周期性携带正负电荷，电荷间库仑力相互作用，增强手指滑动时的摩擦力，使手指感知触觉力作用。

一种应用于盲文阅读的触觉再现方法，其特征在于包括下列步骤： 

1）主控制器将待阅读的文字、数字、字母等常用字符转化为特定的6点制盲文体格式，分为盲点区和背景区，对于盲点区，6个盲点按照2列3行分布，对于每一个盲点，圆环区域始终为信号加载区域，触摸可以感知触觉作用，表征一个盲点位置；内部圆形区域，是信号加载区域或不加载区域，当加载信号时，触摸可以感知触觉作用，表征一个盲文凸点，当加载信号时，触摸不能感知触觉作用，表征一个盲文非凸点，对于背景区，从不加载信号；

2）当手指触摸盲点的圆环区域时，主控制单元向触觉激励单元发送“1”指令信号，触觉激励单元接收指令信号并产生一个周期正弦激励高压信号，施加于触觉显示面板，对手指产生相应的触觉作用；当手指触摸盲点的内部圆形区域时，如果加载信号，主控制单元向触觉激励单元发送“1”指令信号，触觉激励单元接收信号，并产生一个周期正弦激励高压信号，施加于触觉显示面板，对手指产生相应的触觉作用；如果不加载信号，主控制单元向触觉激励单元发送“0”指令信号，触觉激励单元接收信号，不产生激励信号，对手指产生相应的触觉作用，当手指触摸背景区时，主控制单元向触觉激励单元发送“0”指令信号，触觉激励单元接收信号，不产生激励信号，对手指产生相应的触觉作用。

  下面结合附图对本发明作进一步描述： 

图1示出了一种应用于盲文阅读的触觉再现装置100的整体框图，一种应用于盲文阅读的触觉再现装置包括：主控制单元101，用于将文字、数字、字母等常用字符转化为特定的6点制盲文体格式，结合手指触摸的位置信息，向触觉激励单元发送指令信号； 触觉激励单元102，用于接收主控制单元的指令信号，生成相应的激励信号，并进行高压放大，发送给触觉显示面板。盲文显示单元103，用于定位手指触摸位置，通过触觉面板对手指进行作用，使用户产生触觉感受。

图2示出了根据本发明的盲文显示单元的触觉显示面板结构图，触觉显示面板由上到下依次是：透明绝缘层、透明导电极板、玻璃底板；透明导电极板采用氟掺杂锡氧化物（FTO），经磁控溅射技术均匀喷涂在玻璃底板上，FTO层厚度0.185um±0.005um，透光率为94%；透明绝缘层采用聚醚砜（PES），厚度为2um，介电常数为3.5，经磁控溅射技术均匀喷涂在FTO层上。 

图3示出了根据本发明的静电力触觉再现的原理示意图，在导电极板上正弦波信号V(t)时，导电极板上将交替布满正负电荷，如图3的(a)部分中所示的时刻，导电极板上带负电荷，由于库仑力的吸引作用，绝缘薄膜的下表面布满正电荷，上表面分布着负电荷，当手指接触绝缘薄膜的上表面时，手指的皮肤感应正电荷；如图3的(b)部分所示的时刻，当正弦波信号V(t)的电压幅值由负电压变为正电压过程中，导电极板在此时带正负电荷，绝缘薄膜中的正电荷向上移动，负电荷向下移动。负电荷也同时聚集于手指的指尖上，所以是手指上同时带了正负电荷；如图3的(c)部分所示的时刻，导电极板均匀分布正电荷时，引起绝缘薄膜的下表面聚集了负电荷，上表面分布着正电荷，手指接触绝缘体上表面时，由库仑力作用，手指上携带了负电荷。 

当正弦波信号V(t)施加于导电极板，绝缘薄膜内部正负电荷周期性“跳跃”，从而产生一个周期性变化的电场，当手指触摸触觉面板时，手指因电荷感应而周期性携带正负电荷，电荷间库仑力相互作用，使手指感知触觉力作用。当电压峰值足够大的正弦波信号V(t)作用于导电极板时，由于库仑力作用，在手指与触摸板表面感应吸引力Fe，手指移动时与触摸表面产生的摩擦力Fr，如图3的(d)部分所示，吸引力Fe的大小与输入信号V(t)的电压幅值有关，故摩擦力也随输入信号V(t)周期性变化，导致手指上皮肤变形也是周期性的。手指皮肤的形变可以通过输入信号V(t)进行控制，而使人感知视觉对象的表面物理属性特征。 

图4示出了根据本发明的6点制盲文图像格式设计图，将常用文字、数字、字母等转换为特定的6点制盲文体格式，分为盲点区和背景区，对于盲点区，6个盲点按照2列3行分布，对于每一个盲点，圆环区域始终为信号加载区域，触摸可以感知触觉作用，表征一个盲点位置；内部圆形区域，是信号加载区域或不加载区域，当加载信号时，触摸可以感知触觉作用，表征一个盲文凸点，当加载信号时，触摸不能感知触觉作用，表征一个盲文非凸点，对于背景区，从不加载信号。 

图5示出了一种应用于盲文阅读的触觉再现方法的总体流程图， 一种应用于盲文阅读的触觉再现方法包括下列步骤：第一步：主控制器将待阅读的文字、数字、字母等常用字符转化为特定的6点制盲文体格式，分为盲点区和背景区，对于盲点区，6个盲点按照2列3行分布，对于每一个盲点，圆环区域始终为信号加载区域，触摸可以感知触觉作用，表征一个盲点位置；内部圆形区域，是信号加载区域或不加载区域，当加载信号时，触摸可以感知触觉作用，表征一个盲文凸点，当加载信号时，触摸不能感知触觉作用，表征一个盲文非凸点，对于背景区，从不加载信号。第二步：当手指触摸盲点的圆环区域时，主控制单元向触觉激励单元发送“1”指令信号，触觉激励单元接收指令信号并产生一个周期正弦激励高压信号，施加于触觉显示面板，对手指产生相应的触觉作用。；当手指触摸盲点的内部圆形区域时，如果加载信号，主控制单元向触觉激励单元发送“1”指令信号，触觉激励单元接收信号，并产生一个周期正弦激励高压信号，施加于触觉显示面板，对手指产生相应的触觉作用。如果不加载信号，主控制单元向触觉激励单元发送“0”指令信号，触觉激励单元接收信号，不产生激励信号，对手指产生相应的触觉作用，当手指触摸背景区时，主控制单元向触觉激励单元发送“0”指令信号，触觉激励单元接收信号，不产生激励信号，对手指产生相应的触觉作用。 

Claims (5)

1.一种应用于盲文阅读的触觉再现装置，其特征在于包括：

主控制单元，用于将文字、数字、字母等常用字符转化为特定的6点制盲文体格式，并结合手指触摸图像的位置，对触觉激励单元发送指令信号；

触觉激励单元，用于接收主控制单元的指令信号，生成相应的激励信号，并进行高压放大，激励触觉显示面板；

盲文显示单元，采用红外定位装置定位手指触摸位置，并通过触觉显示面板对手指进行作用，使用户产生触觉感受。

2.根据权利要求1所述的一种应用于盲文阅读的触觉再现装置，其特征在于：所述的主控制单元，用于将文字、数字、字母等常用字符转换为特定的6点制盲文体格式，分为盲点区和背景区，对于盲点区，6个盲点按照2列3行分布，对于每一个盲点，圆环区域始终为信号加载区域，触摸可以感知触觉作用，表征一个盲点位置；内部圆形区域，是信号加载区域或不加载区域，当加载信号时，触摸可以感知触觉作用，表征一个盲文凸点，当加载信号时，触摸不能感知触觉作用，表征一个盲文非凸点，对于背景区，从不加载信号。

3.根据权利要求1所述的一种应用于盲文阅读的触觉再现装置，其特征在于：所述的触觉激励单元，用于当手指触摸盲点的圆环区域时，主控制单元向触觉激励单元发送“1”指令信号，触觉激励单元接收指令信号并产生一个周期正弦激励高压信号；当手指触摸盲点的内部圆形区域时，如果加载信号，主控制单元向触觉激励单元发送“1”指令信号，触觉激励单元接收信号，并产生一个周期正弦激励高压信号，如果不加载信号，主控制单元向触觉激励单元发送“0”指令信号，触觉激励单元接收信号，不产生激励信号，当手指触摸背景区时，主控制单元向触觉激励单元发送“0”指令信号，触觉激励单元接收信号，不产生激励信号。

4.根据权利要求1所述的一种应用于盲文阅读的触觉再现装置，其特征在于：所述的盲文显示单元的触觉显示面板由上到下依次是：透明绝缘层、透明导电极板、玻璃底板；透明导电极板采用氟掺杂锡氧化物，经磁控溅射技术均匀喷涂在玻璃底板上，FTO层厚度0.185um±0.005um，透光率为94%；透明绝缘层采用聚醚砜，厚度为2um，介电常数为3.5，经磁控溅射技术均匀喷涂在FTO层上；

当正弦波信号V(t)施加于导电极板，绝缘薄膜内部正负电荷周期性“跳跃”，产生一个周期性变化的电场，当手指触摸触觉面板时，手指因电荷感应而周期性携带正负电荷，电荷间库仑力相互作用，增强手指滑动时的摩擦力，使手指感知触觉力作用。

5.一种应用于盲文阅读的触觉再现方法，其特征在于包括下列步骤：

1）主控制器将待阅读的文字、数字、字母等常用字符转化为特定的6点制盲文体格式，分为盲点区和背景区，对于盲点区，6个盲点按照2列3行分布，对于每一个盲点，圆环区域始终为信号加载区域，触摸可以感知触觉作用，表征一个盲点位置；内部圆形区域，是信号加载区域或不加载区域，当加载信号时，触摸可以感知触觉作用，表征一个盲文凸点，当加载信号时，触摸不能感知触觉作用，表征一个盲文非凸点，对于背景区，从不加载信号；

2）当手指触摸盲点的圆环区域时，主控制单元向触觉激励单元发送“1”指令信号，触觉激励单元接收指令信号并产生一个周期正弦激励高压信号，施加于触觉显示面板，对手指产生相应的触觉作用；当手指触摸盲点的内部圆形区域时，如果加载信号，主控制单元向触觉激励单元发送“1”指令信号，触觉激励单元接收信号，并产生一个周期正弦激励高压信号，施加于触觉显示面板，对手指产生相应的触觉作用；如果不加载信号，主控制单元向触觉激励单元发送“0”指令信号，触觉激励单元接收信号，不产生激励信号，对手指产生相应的触觉作用，当手指触摸背景区时，主控制单元向触觉激励单元发送“0”指令信号，触觉激励单元接收信号，不产生激励信号，对手指产生相应的触觉作用。