CN106293089B - 一种振动感知装置和基于该装置的工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种振动感知装置，包括架体、第一激振器、第二激振器、第一信号发生器、第二信号发生器和功率放大器，所述架体上设有沿x轴方向布置的安装槽，安装槽上设沿x方向布置的滑轨，滑轨上设有滑块；安装槽的一端设有沿x轴方向布置的第一激振器；所述第一激振器的输出端与所述滑块连接，所述滑块上设有沿架体y轴方向布置的第二激振器，人的手指与第二激振器的振动输出端相接触感知第一激振器和第二激振器相互叠加的振动感，通过相互垂直的两个激振器的振动叠加实现了触觉从尖锐到平滑的转变，使得接触面的感知变的更加清晰可靠。

Description

一种振动感知装置和基于该装置的工作方法
技术领域
本发明涉及一种应用于虚拟现实技术、人机交互技术和交互式遥操作机器人技术的再现虚拟物体表面粗糙感的触觉感知装置，特别是一种振动感知装置和基于该装置的工作方法。
背景技术
触觉再现技术是人机接口技术的重要部分。触觉感觉的再现可通过直接或间接的方式实现。直接再现是指通过主动刺激皮肤内分布的多种感受器使神经形同产生类似接触的感觉，间接再现是指通过其他感官间接判断的方法来描述触觉感觉，如视觉描述法，听觉描述法。间接再现方式由于不能直接接触，无法真实体会触觉感觉，因此，当前的触觉再现技术大多采用直接方式。直接再现方式通过控制机械振动或表面变形让指端在触摸过程中产生相应触感，也有直接通过各种电信号直接刺激指端神经末梢产生触感。
现有的通过直接再现方式实现的触觉装置有多种形式，从刺激方式来说，包括振动式、电刺激式、气动式、射流刺激式等。振动式采用钝针、音圈或压电晶体等产生振动，但空间分辨率不高；电刺激式通过微小电极将电脉冲施加到用户指端上，其体积小、重量轻，不足之处在于动态范围较小，易引起电刺痛等不舒服的感觉；气动刺激采用喷气装置，但其体积大、带宽较低，用户最终会因肌肉疲劳而将低感觉能力；射流刺激式利用一定速度喷射出的水流施加在操作者指端的皮肤表面以形成一定强度的压力斜坡，具有较高的带宽，且不会导致不舒服感觉，易于为操作者所接受，不足之处在于装置较为复杂，体积偏大。
纵观当前触觉感知交互技术的发展，由于触觉感觉再现的真实感较低，且触觉感知与物理刺激因素之间的尚不能建立明确的对应关系，因此限制了触觉感知交互技术在实际生产生活中的应用。本发明针对上述问题从触觉感知机理出发，能满足人的触觉感知需求，即感觉不仅要温和舒服对人体无损伤，而且要具有较宽的频率响应和较大的动态范围，其次要做到体积小、重量轻、低功耗，且便于和计算机连接。
发明内容
本发明针对当前触觉再现装置的真实感低、结构复杂、且触觉感知与物理刺激因素之间尚不能建立明确对应关系的问题，设计了一种感知清晰，反应准确的感知装置，具体结构如下：
一种振动感知装置，包括架体、第一激振器、第二激振器、第一信号发生器、第二信号发生器和功率放大器，所述架体上设有沿x轴方向布置的安装槽，安装槽上装有滑轨，滑轨上设有滑块；所述安装槽的一端安装有第一激振器，第一激振器的输出端与所述滑块连接带动所述滑块沿x轴方向振动，所述滑块上装有第二激振器，所述第二激振器的输出端沿y轴方向振动；所述第一激振器与第一信号发生器连接，所述第二激振器与第二信号发生器连接；人的手指与第二激振器的振动输出端相接触感知第一激振器和第二激振器相互叠加的振动感。
进一步所述x轴与y轴相互垂直。
进一步所述第二激振器和第二信号发生器之间设有功率放大器。
进一步所述第一激振器的振动幅值在12～30Hz的范围，通过所述功率放大器调整第二激振器的振动幅值在40～120Hz的范围。
进一步所述第一信号发生器或第二信号发生器产生的信号波形为正弦波或三角波。
更进一步所述第一激振器的额定行程范围在4～8mm之间，第二激振器的额定行程范围在2～5mm之间。
基于振动感知装置的工作方法，具体有如下步骤，步骤一；通过设置第一信号发生器使第一激振器初始频率为12Hz，之后在0.5秒内加速到20Hz并且保持恒定，步骤二；通过设置第二信号发生器并且经过功率放大器增幅后使第二激振器初始频率为40Hz之后在0.5秒内加速到100Hz并且保持恒定，步骤三；打开电源开关开始进行工作，并使所述第一激振器和第二激振器的振动时间长达1～3s。
本发明通过相互垂直的两个激振器的振动叠加实现了触觉从尖锐到平滑的转变，使得接触面的感知变的更加清晰可靠，人机之间的交互更加精准明确。
附图说明
图1为振动感知装置的结构图；
图2为振动感知装置的结构框图。
附图标记：1、架体；2、安装槽；3、第一激振器；4、第二激振器；5、滑块；6、滑轨；7、第一信号发生器；8、第二信号发生器；9、功率放大器。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明一种振动感知装置和基于该装置的工作方法进一步详细说明。
这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接 ；可以是机械连接，也可以是电连接 ；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。实施例1
如图1和图2所示，所述一种振动感知装置，包括架体1、第一激振器3、第二激振器4、第一信号发生器7、第二信号发生器8和功率放大器9，所述架体1上设有沿x轴方向布置的安装槽2，安装槽2上装有滑轨6，滑轨6上设有滑块5；所述安装槽2的一端安装有第一激振器3，第一激振器3的输出端与所述滑块5连接带动所述滑块5沿x轴方向振动，所述滑块5上装有第二激振器4，所述第二激振器4的输出端沿y轴方向振动，所述x轴与y轴相互垂直；所述第一激振器3与第一信号发生器7连接，所述第二激振器4与第二信号发生器8连接，所述第二激振器4和第二信号发生器8之间设有功率放大器9；所述第二激振器4的振动输出端在架体1上沿y轴方向做上下微振动，人的手指与第二激振器4的振动输出端相接触感知第一激振器3和第二激振器4相互叠加的振动感，所述第一激振器3的振动幅值在12～30Hz的范围，所述通过功率放大器9调整第二激振器4的振动幅值在40～120Hz的范围，所述第一激振器3的额定行程范围在4～8mm之间，第二激振器4的额定行程范围在2～5mm之间，所述第一信号发生器7或第二信号发生器8产生的信号波形为正弦波或三角波。
实施例2
为了具有较为明显的感知效果对第一激振器和第二激振器的工作步骤进行限定，具体过程如下：
步骤一；通过设置第一信号发生器7使第一激振器3初始频率为12Hz，之后在0.5秒内加速到20Hz并且保持恒定，步骤二；通过设置第二信号发生器8并且经过功率放大器9增幅后使第二激振器4初始频率为40Hz之后在0.5秒内加速到100Hz并且保持恒定，步骤三；打开电源开关开始进行工作，并使第一激振器3和第二激振器4的振动时间长达1～3s，优选的为1.5s。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种振动感知装置，包括架体、第一激振器、第二激振器、第一信号发生器、第二信号发生器和功率放大器，其特征在于：所述架体上设有沿x轴方向布置的安装槽，安装槽上装有滑轨，滑轨上设有滑块；所述安装槽的一端安装有第一激振器，第一激振器的输出端与所述滑块连接带动所述滑块沿x轴方向振动，所述滑块上装有第二激振器，所述第二激振器的输出端沿y轴方向振动；所述第一激振器与第一信号发生器连接，所述第二激振器与第二信号发生器连接；人的手指与第二激振器的振动输出端相接触感知第一激振器和第二激振器相互叠加的振动感。
2.根据权利要求1所述的振动感知装置，其特征在于：所述x轴与y轴相互垂直。
3.根据权利要求1所述的振动感知装置，其特征在于：所述第二激振器和第二信号发生器之间设有功率放大器。
4.根据权利要求1所述的振动感知装置，其特征在于：所述第一激振器的振动幅值在12～30Hz的范围，通过所述功率放大器调整第二激振器的振动幅值在40～120Hz的范围。
5.根据权利要求1所述的振动感知装置，其特征在于：所述第一激振器的额定行程范围在4～8mm之间，第二激振器的额定行程范围在2～5mm之间。
6.根据权利要求1所述的振动感知装置，其特征在于：所述第一信号发生器和第二信号发生器产生的信号波形为正弦波或三角波。
7.一种基于权利要求1-6中任一项所述的振动感知装置的工作方法，其特征在于：具体有如下步骤，步骤一，通过设置第一信号发生器使第一激振器初始频率为12Hz，之后在0.5秒内加速到20Hz并且保持恒定，步骤二，通过设置第二信号发生器并且经过功率放大器增幅后使第二激振器初始频率为40Hz之后在0.5秒内加速到100Hz并且保持恒定，步骤三；打开电源开关开始工作，并使所述第一激振器和第二激振器的振动时间长达1～3s。
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