CN109062408B - 一种柔性物体表面触觉反馈装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种柔性物体表面触觉反馈装置，包括纹理反馈系统、柔软度反馈系统和基座系统；纹理反馈系统包括纹理反馈薄膜和摄像头，用于精细纹理反馈；柔软度反馈系统包括运动单元、纹理反馈薄膜和压力测量单元，用于精细柔软度反馈；纹理反馈薄膜的一端与运动单元连接，另一端与压力测量单元连接；运动单元、压力测量单元、摄像头安装于基座系统上。其能够进行精细纹理反馈和柔软度反馈，两种触觉反馈驱动方式相互独立，互不干扰，可以同时进行触觉反馈。

Description

一种柔性物体表面触觉反馈装置
技术领域
本发明涉及一种反馈装置，特别涉及一种柔性物体表面触觉反馈装置。
背景技术
将触觉融入虚拟现实环境中能够丰富虚拟现实系统的交互体验，例如让用户在虚拟购物场景中感受商品的触觉信息。为了实现沙发、抱枕等柔性物体表面触觉感受的模拟，需要研制柔性物体表面触觉反馈装置。
柔性物体表面触觉反馈装置主要模拟柔性物体两个维度的触觉感受，一是切向的纹理反馈，二是法向的柔软度反馈。目前现有技术中只存在单独模拟纹理或者单独模拟柔软度的触觉反馈装置，不能同时进行纹理反馈和柔软度反馈；而且现有技术的纹理反馈和柔软度反馈均采用电机驱动实现，如果单纯将两系统联合使用，同时进行纹理反馈和柔软度反馈时，两种驱动信号之间会产生冲突，影响触觉反馈效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种柔性物体表面触觉反馈装置，其能够同时进行纹理反馈和柔软度反馈。该装置通过独立驱动实现纹理反馈和柔软度反馈，因此能够同时驱动实现两种触觉反馈而不会相互干扰。
本发明的技术方案是：一种柔性物体表面触觉反馈装置，所述反馈装置能够同时进行纹理反馈和柔软度反馈，纹理反馈采用静电振动效应，柔软度反馈采用电机驱动实现，两种触觉反馈不会相互干扰；所述反馈装置包括纹理反馈系统、柔软度反馈系统和基座系统；纹理反馈系统包括纹理反馈薄膜和摄像头，用于精细纹理反馈；柔软度反馈系统包括运动单元、纹理反馈薄膜和压力测量单元，用于精细柔软度反馈；纹理反馈薄膜的一端与运动单元连接，另一端与压力测量单元连接；运动单元、压力测量单元、摄像头安装于基座系统上。
一般情况下，当给纹理反馈薄膜施加单一电压信号时，整个薄膜在同一时刻呈现相同的纹理触觉感受，不能实现精细纹理反馈。本发明的纹理反馈系统包括纹理反馈薄膜和摄像头，当手指在纹理反馈薄膜表面滑动时，摄像头采集图像获取手指位置坐标传送给控制器，控制器发送指令给信号发生器，信号发生器输出不同电压信号给纹理反馈薄膜，即根据手指不同位置施加不同电压信号，进行不同触觉感受的模拟，从而实现了精细的纹理反馈。
柔软度反馈系统包括运动单元、纹理反馈薄膜和压力测量单元。力传感器竖直放置，纹理反馈薄膜末端与一滑台固连，当手指按压纹理反馈薄膜时薄膜内部会产生张力，张力带动滑台按压/拉伸力传感器从而可以得到纹理反馈薄膜张力的水平分量，根据张力的水平分量便可以计算得到手指压力，力传感器测量的数值完全由手指压力导致，因此测量结果更加准确。纹理反馈薄膜的另一端与运动单元固连，运动单元调节薄膜的张紧和放松实现柔软度反馈。
进一步地，运动单元为直线运动单元或旋转运动单元。
进一步地，直线运动单元包括编码器、电机、减速器、电机支架、联轴器、丝杠、丝杠滑块盖、丝杠滑块；编码器连接在电机的尾部，电机的输出轴连接有减速器，减速器的输出轴上连接有联轴器，联轴器的另一端连接丝杠，减速器固定在电机支架上，丝杠滑块盖和丝杠滑块夹住所述纹理反馈薄膜后固定连接在一起，丝杠固定在运动单元基座上。
进一步地，旋转运动单元包括编码器、电机、减速器、电机支架、卷轴；编码器连接在电机的尾部，电机的输出轴连接有减速器，减速器的输出轴上连接有卷轴，减速器固定在电机支架上，纹理反馈薄膜固定在卷轴上，电机支架固定在运动单元基座上。
进一步地，压力测量单元包括力传感器支架、力传感器、滑台盖、滑台、滑台底座；力传感器支架和力传感器相连，滑台盖和滑台夹住所述纹理反馈薄膜后固定连接在一起，滑台和滑台底座能够相对平移，力传感器支架和滑台底座固定在压力测量单元基座上。
进一步地，基座系统包括运动单元基座、摄像头基座、压力测量单元基座、装置基座，运动单元基座、摄像头基座、压力测量单元基座固定在装置基座上。
本发明具有以下有益效果：当手指按压纹理反馈薄膜时薄膜内部会产生张力，张力带动滑台按压/拉伸力传感器从而可以得到纹理反馈薄膜张力的水平分量，根据张力的水平分量便可以计算得到手指压力。力传感器受力均由手指压力导致，没有其它重量的干扰因素，因此测量准确；纹理反馈采用静电振动效应，柔软度反馈采用电机驱动实现，两种触觉反馈驱动方式相互独立，互不干扰，因此可以同时进行触觉反馈。
附图说明
图1是本发明立体示意图。
图2是本发明直线运动单元结构示意图。
图3是本发明压力测量单元结构示意图。
图4是本发明基座系统示意图。
图5是本发明的另一实施例的立体示意图。
图6是本发明旋转运动单元结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：1、运动单元；2、纹理反馈薄膜；3、压力测量单元；4、基座系统；5、摄像头；6、编码器；7、电机；8、减速器；9、电机支架；10、联轴器；11、丝杠；12、丝杠滑块盖；13、丝杠滑块；14、力传感器支架；15、力传感器；16、滑台盖；17、滑台；18、滑台底座；19、运动单元基座；20、摄像头基座；21、压力测量单元基座；22、装置基座；23、卷轴。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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。
需要说明的是，附图1-6仅仅是各部分工作原理的简图，是为了表示各部件之间的关系，并非实物图。纹理反馈部分和柔软度反馈部分由独立驱动实现，因此可以分别对两个部分进行控制实现纹理柔软度综合反馈而不会相互干扰。
一种柔性物体表面触觉反馈装置，包括纹理反馈系统、柔软度反馈系统和基座系统4；纹理反馈系统包括纹理反馈薄膜2和摄像头5，用于精细纹理反馈；柔软度反馈系统包括运动单元1、纹理反馈薄膜2和压力测量单元3，用于精细柔软度反馈；纹理反馈薄膜2的一端与运动单元1连接，另一端与压力测量单元3连接；运动单元1、压力测量单元3、摄像头5安装于基座系统4上。
运动单元为直线运动单元或旋转运动单元。
直线运动单元结构示意图如图2所示，包括编码器6、电机7、减速器8、电机支架9、联轴器10、丝杠11、丝杠滑块盖12、丝杠滑块13。编码器6连接在电机7的尾部，电机7的输出轴连接有减速器8，减速器8的输出轴上连接有联轴器10，联轴器10的另一端连接丝杠11，减速器8固定在电机支架9上，丝杠滑块盖12和丝杠滑块13夹住纹理反馈薄膜2后固定连接在一起，丝杠11固定在运动单元基座19上。电机7带动减速器8转动，减速器8通过联轴器10带动丝杠11运动，丝杠滑块盖12和丝杠滑块13便会水平运动从而拉紧或放松纹理反馈薄膜2实现柔软度模拟。根据编码器6的读数和减速比可以计算得到丝杠滑块13的位置。电机支架9起到支撑电机7和减速器8的作用。
旋转运动单元结构示意图如图6所示，包括编码器6、电机7、减速器8、电机支架9、卷轴23。编码器6连接在电机7的尾部，电机7的输出轴连接有减速器8，减速器8的输出轴上连接有卷轴23，减速器8固定在电机支架9上，纹理反馈薄膜2固定在卷轴23上，电机支架9固定在运动单元基座19上。电机7带动减速器8转动，减速器8带动卷轴23旋转，通过卷轴23的旋转从而拉紧或放松纹理反馈薄膜2实现柔软度模拟。根据编码器6的读数和减速比可以计算得到卷轴23的旋转角度。电机支架9起到支撑电机7和减速器8的作用。
压力测量单元3结构示意图如图3所示，包括力传感器支架14、力传感器15、滑台盖16、滑台17、滑台底座18。力传感器支架14和力传感器15相连，起到支撑固定力传感器15的作用。滑台盖16和滑台17夹住纹理反馈薄膜2后固定连接在一起。滑台17和滑台底座18通过滑动配合(例如燕尾槽)能够相对平移。力传感器支架14和滑台底座18固定在压力测量单元基座21上。手指按压纹理反馈薄膜2，纹理反馈薄膜2牵拉滑台17按压/拉伸力传感器15，经过计算可以得到手指压力。
基座系统4结构示意图如图4所示，包括运动单元基座19、摄像头基座20、测量单元基座21、装置基座22。运动单元1固定在运动单元基座19上，摄像头5固定在摄像头基座20上，力传感器支架14和滑台底座18固定在压力测量单元基座21上，运动单元基座19、摄像头基座20、压力测量单元基座21固定在装置基座22上。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种柔性物体表面触觉反馈装置，其特征在于：所述反馈装置能够同时进行纹理反馈和柔软度反馈，纹理反馈采用静电振动效应，柔软度反馈采用电机驱动实现，两种触觉反馈不会相互干扰；
所述反馈装置其具体包括纹理反馈系统、柔软度反馈系统和基座系统；
纹理反馈系统包括纹理反馈薄膜和摄像头，用于纹理反馈；
柔软度反馈系统包括运动单元、纹理反馈薄膜和压力测量单元，用于柔软度反馈；
所述纹理反馈薄膜的一端与所述运动单元连接，另一端与所述压力测量单元连接；
所述运动单元为直线运动单元或者旋转运动单元；运动单元通过直线运动或者旋转运动来调节薄膜的张紧和放松实现柔软度反馈；
所述压力测量单元包括力传感器支架、力传感器、滑台盖、滑台、滑台底座；力传感器支架和力传感器相连，滑台盖和滑台夹住所述纹理反馈薄膜后固定连接在一起，滑台和滑台底座能够相对平移，力传感器支架和滑台底座固定在压力测量单元基座上；
运动单元、压力测量单元、摄像头安装于所述基座系统上；
所述基座系统包括运动单元基座、摄像头基座、压力测量单元基座、装置基座，运动单元基座、摄像头基座、压力测量单元基座固定在装置基座上。
2.根据权利要求1所述的一种柔性物体表面触觉反馈装置，其特征在于：所述直线运动单元包括编码器、电机、减速器、电机支架、联轴器、丝杠、丝杠滑块盖、丝杠滑块；编码器连接在电机的尾部，电机的输出轴连接有减速器，减速器的输出轴上连接有联轴器，联轴器的另一端连接丝杠，减速器固定在电机支架上，丝杠滑块盖和丝杠滑块夹住所述纹理反馈薄膜后固定连接在一起，丝杠固定在运动单元基座上。
3.根据权利要求1所述的一种柔性物体表面触觉反馈装置，其特征在于：所述旋转运动单元包括编码器、电机、减速器、电机支架、卷轴；编码器连接在电机的尾部，电机的输出轴连接有减速器，减速器的输出轴上连接有卷轴，减速器固定在电机支架上，纹理反馈薄膜固定在卷轴上，电机支架固定在运动单元基座上。
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