CN109976532A - 触觉反馈复现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多点阵列自动调节的触觉反馈复现方法，包括立体支撑结构、执行单元、控制部分、仿真材质、反馈调节单元五个部分。该方法能够远程复现皮肤感知的触觉震动，例如脉搏的搏动信号，可应用于远程脉诊、人体康复、游戏开发等。通过立体支撑结构拓展空间维度，阵列放置执行单元，达到在小面积内多点模拟触觉信号的效果，利用该方法可以复现出精准且生动的触觉震动信号。同时，该系统可以实时侦测仿真皮肤表面所受的压力，将外力信号传送给反馈调节单元，由此调节执行单元使其复现出此压力下相应的触觉水平，达到人机交互的目的。

Description

触觉反馈复现方法
技术领域
本发明应用于触觉复现领域，涉及一种用执行矩阵复现触觉震动的方法。
背景技术
目前人们进行远程交流或者机械操控主要以视觉和听觉反馈为主，且视觉和听觉反馈技术在不断创新和进步，但触觉方面的反馈和复现技术还停滞不前，使得人们进行远程交流仍局限于视觉和听觉。对于远程交流通话，视听通信技术或许已能够满足用户需求。但在远程机械操控或远程人机交互方面，仅仅是视听的反馈还远远不够，操作者无法凭借视觉和听觉的信息准确判断出机械操作的真实情况，而需要融入触觉复现的装置，模拟出信号采集端的触觉信号，为操作者提供触觉层面的反馈，增加远程操作的真实感和沉浸式体验。
触觉包括力触觉、纹理力触觉、热触觉等，目前触觉复现方面已经有一定的研究，但对于复现触觉震动，例如脉搏跳动，并未有有效的实现方法。因此，有必要提出一种能够复现出皮肤可感的震动触觉信号的方法，为提高真实感和实现反馈调节，应有反馈调节系统对复现出的触觉信号进行调节。在医疗和电子产业有较大应用空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的触觉复现方法，利用执行阵列和模拟皮肤来实现触觉震动的远程复现，并对结果进行反馈调节，使远程交互不再局限于视觉和声音，完善触觉的远程复现。
为解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种新型的触觉反馈复现方法，该方法由立体支撑结构、执行矩阵、控制部分、仿真材质、反馈调节单元组成一个整体。
所述触觉反馈复现方法的立体支撑结构经过建模，采用3d打印技术制成，用来固定多个执行单元。第一层放置三个执行单元，呈正三角形排列。第二层放置一个执行单元，摆放在第一层三个执行单元任一个之上，以避免阻碍第三层执行单元行驶功能。第三层放置另外三个执行单元，呈倒三角排列。利用在空间维度上展开来实现在小面积内精准触觉复现。
所述触觉反馈复现方法的执行矩阵由各个执行单元连接的传动装置组成。
所述触觉反馈复现方法的控制部分由电脑单元、控制器组成，电脑单元获取触觉震动信号数据发送给控制器，控制器经过数据处理将运动指令发送给各个执行单元。
所述触觉反馈复现方法的仿真材质经过灌注制成，模拟人体皮肤的各项参数。仿真材质采用硅胶等材料灌注模具制成，用于覆盖执行单元矩阵表面。由于人体皮肤由许多弹力纤维、胶原纤维以及脂类等高分子化合物组成，因此需要调节材料灌注的比例来模拟皮肤的弹性、韧性等特性。
所述触觉反馈复现方法的反馈调节单元由仿真材质表面的压力传感器、电脑单元组成，压力传感器采集仿真材质表面的实时压力，发送给电脑单元。然后电脑单元根据压力大小搜索数据库获取在该压力时皮肤的震动数据，发送给执行矩阵进行触觉复现。
所述触觉反馈复现方法优势为：通过对皮肤震动信号的处理可在远距离真实地还原皮肤的震动触觉，实现远程触觉复现；本系统可以根据皮肤的实时按压力度复现真实的触觉震动。
附图说明
图1为本触觉反馈复现方法组成部分。
图中：11电脑单元；12控制板；13执行矩阵；14仿真材质；15柔性传感器。
图2为立体支撑结构。
图3为立体支撑结构与执行单位组合的效果图。
图中：31立体支撑结构；32执行单位。
图4执行单元。
图中：41微型舵机；42推杆。
图5为立体支撑结构和执行矩阵的组合效果图。
图中：51立体支撑结构；52微型舵机；53推杆；54柔性传感器。
具体实施方式
如图1所示，本触觉反馈复现方法由立体支撑结构、执行矩阵、控制部分、仿真材质、反馈调节单元五个部分组成，首先通过电脑单元发送执行矩阵运动数据到控制器上，然后控制器接收并处理数据。控制器再根据收到的数据控制相应的执行单元运动。
如图2所示，该立体支撑结构由Solidworks建模绘制而成，然后采用高精度3d打印技术打印成型，并经过清洗、固化、打磨等工艺后装配执行单元使用。
如图3所示，当每个舵机接收到数据之后，能够推动推杆运动。其中舵机被固定在立体支撑结构上呈三层阵列排布，第一和第三层分别放置三个舵机，第二层放置一个舵机，每个舵机的运动部分连接推杆组成一个执行单元。
如图4所示，当执行矩阵进行运动时，推杆分别推动前方的部分仿真材质来模拟对应位置的触觉震动。此外，在本触觉复现方法中，通过调节仿真材质的皮肤参数，可使仿真结果更为准确。
如图1所示，反馈调节单元通过仿真材质表面的传感器将表面的实时压力发给电脑单元，电脑单元调取数据库，得到该压力下的每个执行单元的运动数据，并发送给执行矩阵。

Claims (10)

1.通过固定在固定装置上的执行矩阵推动仿真材质模拟触觉，其特征在于：将执行矩阵引入到触觉复现设计中，并增加反馈装置，包括：
一种固定装置，用来固定执行单元；
一种执行矩阵，由执行单元组成，连接控制部分；
一种控制部分，连接执行矩阵，接受反馈信号；
一种仿真材质，模拟可接触物体；
一种反馈装置，检测反馈信号，传输给控制部分。
2.用于反馈调节的一种反馈装置，其特征在于：通过传感器检测反馈信号，传感器可以有三个作用位置，包括仿真材质表面、仿真材质与执行矩阵之间、执行矩阵底部，位于不同位置的传感器能发挥不同的作用。
3.根据权利要求1所述的固定装置，其特征在于：在较小面积之内利用空间优势摆放多个执行单元，能够使各个执行单元运动，其能通过3d打印、铸造等方式制成。
4.根据权利要求1所述的执行矩阵，其特征在于:由较小的执行单元排列组成的矩阵，能提高每一部分的触觉复现精度，其包括平面排布、空间交错排布等排列方式。
5.根据权利要求1所述的执行单元，其特征在于：可由各种电机、气囊、压电陶瓷致动器等单元。推杆一端固定在执行单元实际运行部分，另一端指向并接触对应的柔性传感器上的传感单元，通过执行单元实际运行部分的直线运动带动所述推杆进行直线运动，从而给所述推杆接触的传感器对仿真材质施加一定压力，达到模拟触觉的效果，其推杆仅展示一种可能，包括通过齿条、传动杆等方式进行实现。
6.根据权利要求1所述的仿真材质，其特征在于：通过改变制成仿真材质的各项力学参数，模拟真实可接触物体的各项力学参数，其包括由各种新型仿真材料制成的仿真材质。
7.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：能独立控制每个执行单元，互不干扰，并能对所有执行单元统一控制，控制器还可以是电脑、单片机之类等用于控制的单位。
8.根据权利要求2所述的反馈装置，其特征在于：位于仿真材质表面的传感器能将仿真材质表面的压力数值等数据发送回电脑，电脑获取施加相同压力下对应的数据并发送给执行矩阵进行复现，该处的传感器为贴合仿真材质表面一般使用柔性传感器。
9.根据权利要求2所述的反馈装置，其特征在于：位于仿真材质与执行矩阵之间的传感器与位于仿真材质表面的传感器作用相同，但少了贴合材质表面的要求，可以不局限于柔性传感器，可以置于仿真材质与执行矩阵中间或嵌入仿真材质内部。
10.根据权利要求2所述的反馈装置，其特征在于：位于执行矩阵底部的传感器可与延长的推杆接触，检测执行单元处数据信号并反馈给控制部分，由控制部分分析数据之后给执行单元发送相应数据。
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