CN115113729A - 一种磁流体的触觉与脉搏交互装置 - Google Patents

Abstract

发明提供磁流体的触觉与脉搏交互装置。磁场发生器驱动磁流体的运动强度对应所述触觉强度，实现一种直观的磁流体触觉交互效果。所述磁场发生器驱动磁流体的运动强度对应所述脉搏强度，实现一种直观的磁流体脉搏交互效果。当指尖触摸所述装置的脉搏传感器并保持一定时间，则磁流体连续响应脉搏信号，实现一种同步的心率演示效果。

Description

一种磁流体的触觉与脉搏交互装置

技术领域

本发明涉及磁流体互动体验技术领域，特别涉及磁流体的触觉与脉搏交互装置。

背景技术

磁流体独特的磁致相变物理效应与艺术形貌使之愈加受到创意消费产品领域的关注，并被开发成各类艺术、娱乐、减压、潮玩产品。目前与磁流体的互动体验方式一般为音乐、语音、视觉等，尚可开发更多直观的创意互动体验方式，而触觉、脉搏交互是一种新颖的、非常直观的体验方式，尤其脉搏交互能够直观“看见”人体的脉搏心率，具有一定的实际意义，但尚未见到相关现有技术。

发明内容

本发明的目的是提供磁流体的触觉与脉搏交互装置，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种磁流体的触觉与脉搏交互装置，包括电源电路、磁流体动态发生器、信息交互模块和控制模块。所述电源电路用于提供工作电源。

所述磁流体动态发生器包括磁场发生器、磁流体盛放装置和磁流体。所述磁流体盛放装置中装有磁流体。所述磁场发生器包括磁芯和电磁线圈。所述电磁线圈缠绕在磁芯上。电磁线圈通入激励电流后，磁场发生器产生驱动磁流体运动的可控磁场。

所述信息交互模块为触觉传感器或脉搏感知传感器。

所述控制模块的输入端与信息交互模块电性连接。所述信息交互模块检测操作者主动施加的作用力或脉搏信息，并将信息发送给控制模块。所述控制模块根据触觉或脉搏指令，进行力信号或脉搏信号与电信号的转换，通过控制电源产生对应频率和幅值的电磁线圈电流激励信号，继而向操作者反馈相应的磁流体运动状态。

进一步，磁流体盛放装置中还装有与磁流体不相溶的透明介质。

进一步，所述控制模块设置有通讯模块。所述通讯模块用于指令的输送，输送的来源为终端设备。所述终端设备用于检测触觉或脉搏。

进一步，所述终端设备为手机、平板电脑、智能手表或智能手环。

进一步，所述触觉传感器包括触感表面和力测量装置。当操作者与触感表面接触时，力测量装置实时采集操作者的主动按压力F，输出与主动按压力同步的触觉指令电信号。

进一步，触觉指令和电信号转换的过程为：主动按压力F与电磁线圈电流大小的映射关系由式(1)所示。

F＝f(I)＝f(k·Im) (1)

其中，F为操作者的主动按压力。f(I)表示F与I之间的映射关系。I为线圈实时电流的大小。Im为驱动电压满载时电磁线圈中的最大电流。k表示占空比值。

控制模块接收触觉指令，确定占空比值k，控制改变电磁线圈电流，进而控制磁场发生器产生磁场的变化。

进一步，所述脉搏感知传感器为压阻式、压容式、压电式脉搏传感器或光电容积法脉搏传感器。所述脉搏感知传感器获得脉象信息特征量，输出与脉搏同步的脉搏指令脉冲信号。

进一步，脉搏指令和电信号转换的过程为：电磁线圈电流激励信号与脉搏舒张间期和脉搏波形颤动峰对应。

本发明还公开一种根据上述装置的交互方法，包括以下步骤：

1)生成响应操作者触摸动作的触觉指令，或者响应操作者脉搏的脉搏指令。

2)生成电磁线圈电流激励信号。所述电磁线圈电流激励信号具有表示交互效果的频率和幅值。

3)磁场发生器根据电磁线圈电流激励信号产生磁场，以使触摸动作或脉搏控制磁流体的运动状态，以生成触摸动作或脉搏交互效果。

进一步，步骤3)中，磁流体连续响应脉搏指令，实现同步的心率演示效果。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：磁场发生器驱动磁流体的运动强度对应所述触觉强度，实现一种直观的磁流体触觉交互效果。所述磁场发生器驱动磁流体的运动强度对应所述脉搏强度，实现一种直观的磁流体脉搏交互效果。当指尖触摸所述装置的脉搏传感器并保持一定时间，则磁流体连续响应脉搏信号，实现一种同步的心率演示效果。

附图说明

图1为实施例6中交互装置示意图；

图2为实施例6中鼓点区示意图；

图3为实施例7中交互装置示意图；

图4为实施例8中脉搏波形与磁场场强关系图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

本实施例提供一种磁流体的触觉与脉搏交互装置，包括电源电路、磁流体动态发生器、信息交互模块和控制模块。所述电源电路用于提供工作电源。

所述磁流体动态发生器包括磁场发生器、磁流体盛放装置和磁流体。所述磁流体盛放装置中装有磁流体。所述磁场发生器包括磁芯和电磁线圈。所述电磁线圈缠绕在磁芯上。所述磁场发生器布置在磁流体盛放装置旁侧。电磁线圈通入激励电流后，磁场发生器产生驱动磁流体运动的可控磁场。

所述信息交互模块为触觉传感器或脉搏感知传感器。

所述控制模块的输入端与信息交互模块电性连接。所述信息交互模块检测操作者主动施加的作用力或脉搏信息，并将信息发送给控制模块。所述控制模块根据触觉或脉搏指令，进行力信号或脉搏信号与电信号的转换，通过控制电源产生对应频率和幅值的电磁线圈电流激励信号，继而向操作者反馈相应的磁流体运动状态。

实施例2：

本实施例主要结构同实施例1，其中，磁流体盛放装置中还装有与磁流体不相溶的透明介质。所述磁流体盛放装置在实际生产中可选取敞开式载液盘或密闭式透明容器。

实施例3：

本实施例主要结构同实施例1，其中，所述控制模块设置有通讯模块。所述通讯模块用于指令的输送，输送的端口为终端设备。所述终端设备用于检测触觉或脉搏。所述终端设备为手机、平板电脑、智能手表或智能手环。

所述控制模块接收终端设备的触觉感知信号或脉搏感知信号，控制电源产生对应的励磁电信号。所述励磁电信号控制磁场发生器产生对应的磁场强度，则磁场发生器驱动磁流体的运动强度对应感知信号强度，实现一种直观的磁流体交互效果。

实施例4：

本实施例主要结构同实施例1，其中，所述触觉传感器包括触感表面和力测量装置。当操作者与触感表面接触时。力测量装置实时采集操作者的主动按压力F，输出与主动按压力同步的触觉指令脉冲信号。主动按压力F包括了触觉传感器能检测到的压觉或滑觉力。触觉指令和电信号转换的过程为：主动按压力F与电磁线圈电流大小的映射关系由式(1)所示。

F＝f(I)＝f(k·Im) (1)

其中，F为操作者的主动按压力。f(I)表示F与I之间的映射关系。I为线圈实时电流的大小。Im为驱动电压满载时电磁线圈中的最大电流。k表示占空比值。

控制模块接收触觉指令，确定占空比值k，控制改变电磁线圈电流，进而控制磁场发生器产生磁场的变化。

实施例5：

本实施例主要结构同实施例1，其中，所述脉搏感知传感器为压阻式、压容式、压电式脉搏传感器或光电容积法脉搏传感器。所述脉搏感知传感器获得脉象信息特征量，输出与脉搏同步的脉搏指令脉冲信号。脉搏指令和电信号转换的过程为：控制器识别脉搏舒张间期和脉搏波形颤动峰的时间位置及波形幅值，并控制电磁线圈电流激励信号的时序和强度与脉搏舒张间期和脉搏波形颤动峰对应，从而控制磁流体的运动与脉搏舒张间期和脉搏波形颤动峰对应。

实施例6：

本实施例主要结构同实施例5，其中，如图4所示经滤波处理的脉搏波形示意图，一次脉搏实际上会发生两次颤动(颤动峰1和颤动峰2)，而两次颤动的间隔非常短暂、且两次颤动的强度接近(中间包含一个颤动谷)，磁流体的运动难以响应快速的两次脉搏颤动。为了让磁流体实现更佳的颤动演示效果，按以下方法进行强化。

对于每一次脉搏周期，控制磁场的场强峰1的大小对应颤动峰1的大小。对于颤动谷的大小，故意减小其对应的磁场的场强谷的大小(为磁流体提供一个更小的磁场强度)，并增强磁场的场强峰2的大小对应颤动峰2的大小(使磁流体从更小的场强谷驱动至更大的场强峰2，以产生更明显的磁流体颤动效果)。同时，使场强峰1与场强峰2之间的间隔时间t₂大于颤动峰1和颤动峰2之间的间隔时间t₁。此外，使工作磁场强度大于工作点，使磁流体的运动状态保持在工作点的作用下，使其能快速响应颤动峰1，从而实现一种更好的脉搏颤动效果。

实施例7：

参见图1和图2，本实施例提供一种用于打击乐模拟交互的磁流体触觉交互装置，包括电源电路、磁流体动态发生器、信息交互模块、控制模块和打击乐模拟操作台。

所述电源电路用于提供工作电源。

所述磁流体动态发生器包括磁场发生器、磁流体盛放装置和磁流体。所述磁流体盛放装置为载液盘。所述载液盘具有主圆形凹槽和环绕在主主圆形凹槽外围的六个辅圆形凹槽。所述主圆形凹槽和辅圆形凹槽中装有磁流体，或还有与其不溶的透明介质。

所述主圆形凹槽和辅圆形凹槽的下方均布置有对应的磁场发生器。对应主圆形凹槽的主磁场发生器的磁场区域更大，磁流体更多，交互效果更明显。所述磁场发生器包括磁芯和电磁线圈。所述电磁线圈缠绕在磁芯上。电磁线圈通入激励电流后，磁场发生器产生驱动磁流体运动的可控磁场。

所述打击乐模拟操作台具有打击面和音频输出模块。所述打击面上设置有七个鼓点区，七个鼓点的布置对应主圆形凹槽和辅圆形凹槽。七个鼓点区分别设有一个信息交互模块。所述信息交互模块为触觉传感器。利用触觉传感器模拟打击架子鼓，主鼓0对应主磁场发生器。小鼓1～6对应辅磁场发生器，达到更佳的演示效果。此时，主磁场发生器对应一个主触觉传感器，辅磁场发生器对应辅触觉传感器。

所述控制模块的输入端与信息交互模块电性连接。操作者随机敲击鼓点区，音频输出模块呈现指示打击鼓点区的乐音发音信号。鼓点区底部的触觉传感器检测操作者主动施加的作用力，并将信息发送给控制模块。所述控制模块根据触觉指令，进行力信号与电信号的转换，控制电源产生电磁线圈电流激励信号，继而向操作者反馈相应的磁流体运动状态。

实施例8：

本实施例主要结构同实施例1，其中，磁流体盛放装置为多面体容器。在一个多面体的多个面布置触觉传感器。所有面的触觉传感器对应一个磁场发生器、或各面与各磁场发生器一一对应。当某个面受到触摸时，一个或对应的磁场发生器进行响应。所述多面体的面上可布置触觉传感器阵列。

实施例9：

参见图3，本实施例主要结构同实施例8，其中，磁流体盛放装置为正方体容器。正方体的6个面标记为①、②、③、④、⑤和⑥。所述磁流体盛放装置采用支脚支撑。

实施例10：

本实施例提供一种根据实施例1～9所述任意一项装置的交互方法，包括以下步骤：

1)生成响应操作者触摸动作的触觉指令，或者响应操作者脉搏的脉搏指令。

2)生成电磁线圈电流激励信号。所述电磁线圈电流激励信号具有表示交互效果的频率和幅值。

3)磁场发生器根据电磁线圈电流激励信号产生磁场，以使触摸动作或脉搏控制磁流体的运动状态，以生成触摸动作或脉搏交互效果。

实施例11：

本实施例主要步骤同实施例10，其中步骤3)中，磁流体连续响应脉搏指令，实现同步的心率演示效果。

Claims (10)

1.一种磁流体的触觉与脉搏交互装置，其特征在于：包括电源电路、磁流体动态发生器、信息交互模块和控制模块；所述电源电路用于提供工作电源；

所述磁流体动态发生器包括磁场发生器、磁流体盛放装置和磁流体；所述磁流体盛放装置中装有磁流体；所述磁场发生器包括磁芯和电磁线圈；所述电磁线圈缠绕在磁芯上。电磁线圈通入激励电流后，磁场发生器产生驱动磁流体运动的可控磁场；

所述信息交互模块为触觉传感器或脉搏感知传感器；

所述控制模块的输入端与信息交互模块电性连接；所述信息交互模块检测操作者主动施加的作用力或脉搏信息，并将信息发送给控制模块；所述控制模块根据触觉或脉搏指令，进行力信号或脉搏信号与电信号的转换，通过控制电源产生对应频率和幅值的电磁线圈电流激励信号，继而向操作者反馈相应的磁流体运动状态。

2.根据权利要求1所述的一种磁流体的触觉与脉搏交互装置，其特征在于：磁流体盛放装置中还装有与磁流体不相溶的透明介质。

3.根据权利要求1所述的一种磁流体的触觉与脉搏交互装置，其特征在于：所述控制模块设置有通讯模块；所述通讯模块用于指令的输送，输送的来源为终端设备；所述终端设备用于检测触觉或脉搏。

4.根据权利要求3所述的一种磁流体的触觉与脉搏交互装置，其特征在于：所述终端设备为手机、平板电脑、智能手表或智能手环。

5.根据权利要求1或5所述的一种磁流体的触觉与脉搏交互装置，其特征在于：所述触觉传感器包括触感表面和力测量装置；当操作者与触感表面接触时，力测量装置实时采集操作者的主动按压力F，输出与主动按压力同步的触觉指令电信号。

6.根据权利要求5所述的一种磁流体的触觉与脉搏交互装置，其特征在于，触觉指令和电信号转换的过程为：主动按压力F与电磁线圈电流大小的映射关系由式(1)所示；

F＝f(I)＝f(k·I_m) (1)

其中，F为操作者的主动按压力；f(I)表示F与I之间的映射关系；I为线圈实时电流的大小；I_m为驱动电压满载时电磁线圈中的最大电流；k表示占空比值；

控制模块接收触觉指令，确定占空比值k，控制改变电磁线圈电流，进而控制磁场发生器产生磁场的变化。

7.根据权利要求1所述的一种磁流体的触觉与脉搏交互装置，其特征在于：所述脉搏感知传感器为压阻式、压容式、压电式脉搏传感器或光电容积法脉搏传感器；所述脉搏感知传感器获得脉象信息特征量，输出与脉搏同步的脉搏指令脉冲信号。

8.根据权利要求7所述的一种磁流体的触觉与脉搏交互装置，其特征在于，脉搏指令和电信号转换的过程为：电磁线圈电流激励信号与脉搏舒张间期和脉搏波形颤动峰对应。

9.一种根据权利要求6所述装置的交互方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)生成响应操作者触摸动作的触觉指令，或者响应操作者脉搏的脉搏指令；

2)生成电磁线圈电流激励信号；所述电磁线圈电流激励信号具有表示交互效果的频率和幅值；

3)磁场发生器根据电磁线圈电流激励信号产生磁场，以使触摸动作或脉搏控制磁流体的运动状态，以生成触摸动作或脉搏交互效果。

10.根据权利要求9所述的一种磁流体的触觉与脉搏交互装置，其特征在于：步骤3)中，磁流体连续响应脉搏指令，实现同步的心率演示效果。

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