CN219658097U - 一种多模块集成的压电触觉反馈装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多模块集成的压电触觉反馈装置，包括：反馈装置壳体，其具有顶部开口的安装槽；多个压电驱动器，其安装在安装槽的底部，多个压电驱动器间隔设置；多个压力传感器，其与压电驱动器一一对应设置，压力传感器设置在压电驱动器顶部；多个压力传感器之间具有间隔，并且压力传感器与反馈装置壳体的内壁之间具有间隔；多个压电片，其设置在安装槽内，并且压电片一一对应的设置在压力传感器的顶部；多个压电片之间具有间隔，并且压电片与反馈装置壳体的内壁之间具有间隔；弹性体，其围绕每个压电片的立面周向设置，密封多个压电片之间的间隔和压电片与反馈装置壳体内壁之间的间隔；薄膜，其覆盖在反馈装置壳体的顶部。

Description

一种多模块集成的压电触觉反馈装置

技术领域

本实用新型属于压电振动器件技术领域，特别涉及一种多模块集成的压电触觉反馈装置。

背景技术

近些年随着无人驾驶技术和汽车智能化技术的发展，汽车和车内驾驶人员的交互过程越来越受到关注。而目前汽车上已有的交互方式多围绕人的视觉和听觉展开，忽略了触觉维度上的信息反馈和交互。现在被广泛采用的触摸屏式车载系统的屏幕采用电容式触摸屏，该种触摸屏利用人体触摸屏幕时产生的电流感应进行工作。但触摸屏在工作过程中不会产生任何机械式的动作，驾驶人很多时候仅通过手指点击屏幕无法得到有效的反馈，导致其不知道点击是否准确、有效，不得不将视转移至屏幕上以进行观察，由此导致驾驶人无法将视线保持在行车道路上，从而极大地影响驾驶人的驾驶注意力以及行车安全。

目前，现有车载触觉交互系统包括机械按钮和触摸屏等，但前者使用寿命较低，容易物理损坏，且有较大的误触可能。后者制作成本高，反馈模式单一，空间利用率低，且灵敏度较低，带给用户的体验感较差。现有车内语音交互虽能简化交互方式，但是会导致无法表现信息层级，使得接收效率变低；其次接受语音信息时会消耗用户注意力，增加记忆负担；在某些特殊环境下，交互语音可能会与其它声音交叠，影响用户判断。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种多模块集成的压电触觉反馈装置，能够实现多触点反馈，提高触觉反馈的灵敏度和准确性。

本实用新型提供的技术方案为：

一种多模块集成的压电触觉反馈装置，包括：

反馈装置壳体，其具有顶部开口的安装槽；

多个压电驱动器，其安装在所述安装槽的底部，所述多个压电驱动器间隔设置；

多个压力传感器，其与所述压电驱动器一一对应设置，所述压力传感器设置在所述压电驱动器顶部；所述多个压力传感器之间具有间隔，并且所述压力传感器与所述反馈装置壳体的内壁之间具有间隔；

多个压电片，其设置在所述安装槽内，并且所述压电片一一对应的设置在所述压力传感器的顶部；所述多个压电片之间具有间隔，并且压电片与所述反馈装置壳体的内壁之间具有间隔；

其中，所述压电片与所述压电驱动器一一对应电联，所述压电驱动器为所述压电片提供驱动电压；

弹性体，其围绕每个所述压电片的立面周向设置，密封所述多个压电片之间的间隔和所述压电片与所述反馈装置壳体内壁之间的间隔；

薄膜，其为柔性薄膜，所述薄膜覆盖在所述反馈装置壳体的顶部，并且分别与所述压电片的顶部和所述反馈装置壳体顶部固定连接。

优选的是，所述的多模块集成的压电触觉反馈装置，还包括：

压电片外壳，其设置在所述压电片与压力传感器之间，并且与所述反馈装置壳体固定连接；

其中，所述压电片外壳具有多个凹槽，所述凹槽与所述压电片一一对应，并且与所述压电片的尺寸相匹配；所述压电片的底部抵靠在所述凹槽的底部。

优选的是，所述压电片外壳包括：

主体部，其包括多个筒体，所述筒体的顶部开口，内腔形成所述凹槽；

第一连接部，其固定连接在所述多个筒体之间；

第二连接部，其内边缘同时固定连接在所述主体部和所述第一连接部的外边缘上，所述第二连接部的外边缘固定连接在所述安装槽的内壁上；

其中，所述第一连接部和所述第二连接部均连接在所述主体部的顶端。

优选的是，所述压电片的顶部凸出于所述第一连接部的顶部和所述第二连接部的顶部，所述弹性体同时覆盖在所述第一连接部和所述第二连接部上。

优选的是，所述反馈装置壳体包括：

承载主体，其开设有通孔；

端盖，其为一端开口的筒状结构，所述端盖与所述通孔同轴设置，并且所述端盖的内径与所述通孔的孔径相同；

其中，所述端盖固定连接在所述承载主体的底部，所述端盖的内腔与所述通孔组成所述安装槽。

优选的是，所述弹性体的顶部、所述压电片的顶部与所述承载主体的顶部齐平。

优选的是，所述压电片采用PVDF压电片。

优选的是，所述压电片的振动频率设置为50Hz～500Hz。

优选的是，所述多个压电片的振动频率不同。

优选的是，所述薄膜上划定按压区域，所述按压区域的边缘与所述多个压电片组成的整体区域的边缘重合。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的多模块集成的压电触觉反馈装置，能够实现按压触觉反馈。

本实用新型提供的多模块集成的压电触觉反馈装置，多点触觉反馈模式，使得用户可以体验多种模态反馈信号，增强了触觉反馈的准确性和灵敏度。

本实用新型提供的多模块集成的压电触觉反馈装置，能够在车扶手和车门的众多未被利用的曲面上安装，大大节省了对车内空间的利用，提供给用户更多车内有用的空间。

附图说明

图1为本实用新型所述多模块集成的压电触觉反馈装置的剖面示意图。

图2为本实用新型所述的多模块集成的压电触觉反馈装置的分解示意图。

图3为本实用新型所述的压电片外壳的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1-3所示，本实用新型提供了一种多模块集成的压电触觉反馈装置，主要包括：反馈装置壳体110、压电驱动器120、压力传感器130、压电片140、弹性体150及薄膜160。

反馈装置壳体110具有顶部开口的安装槽；多个压电驱动器120安装在所述安装槽的底部，多个压电驱动器120间隔设置。多个压力传感器130与压电驱动器120一一对应设置，压力传感器130设置在压电驱动器120顶部；多个压力传感器130之间具有间隔，并且压力传感器130与反馈装置壳体110的内壁(安装槽壁)之间具有间隔。

多个压电片140设置在所述安装槽的顶部，并且压电片140一一对应的设置在压力传感器130上，多个压电片140之间具有间隔，并且压电片140与反馈装置壳体110的内壁(安装槽壁)之间具有间隔。其中，压电驱动器120与压电片140一一对应电联，用于为压电片140提供驱动电压，使压电片140产生振动。通过设置压力传感器130，能够根据触碰压力的大小判断是否启动压电驱动器120，可以防止误触。

在本实施例中，反馈装置壳体110的安装槽为圆柱形凹槽；压电片140为扇形，压电片140、压电驱动器120和压力传感器130的数量分别为3个。在实际应用中，压电片140的形状可以设置为环形、矩形及其他形状，驱动器120和压点传感器130的位置做相应调整即可。

弹性体150设置在所述安装槽的顶部，并且弹性体150围绕每个压电片140的立面周向设置，密封住多个压电片140之间的间隔和压电片140与反馈装置壳体110内壁(安装槽壁)之间的间隔。弹性体150包裹在压电片140周围，起缓冲作用，减弱各振动模块之间的相互干扰。

薄膜160为柔性薄膜，薄膜160覆盖在反馈装置壳体110的顶部，并且分别与压电片140的顶部和反馈装置壳体110的顶部固定连接。

在本实施例中，薄膜160为TPU材质。

作为一种优选，所述的车载压电触觉反馈装置还包括压电片外壳170，其设置在压电片140与压力传感器130之间，用于承托压电片140；压电片外壳170与反馈装置壳体110固定连接。其中，压电片外壳170具有多个凹槽170a，凹槽170a与压电片140一一对应，并且与压电片140的尺寸相匹配；压电片140的底部抵靠在凹槽170a的底部。

如图3所示，作为进一步的优选，压电片外壳170包括：主体部171、第一连接部172及第二连接部173。主体部171包括多个筒体，所述筒体的顶部开口，所述筒体的内腔形成凹槽170a。第一连接部172固定连接在多个筒体之间；第二连接部173的内边缘同时固定连接在主体部171和第一连接部172的外边缘上，第二连接部173的外边缘固定连接在反馈装置壳体110的安装槽内壁上。其中，第一连接部172和第二连接部173均连接在主体部171的顶端。压电片140的顶部凸出于第一连接部172的顶部和第二连接部173的顶部；弹性体150同时覆盖在第一连接部172和第二连接部173上。第一连接部172和第二连接部173为薄板结构，本身也能够起到一定的振动缓冲作用；通过第一连接部172和第二连接部173的结构与弹性体150配合，能够进一步提高振动缓冲效果。

作为一种优选，为了便于安装，反馈装置壳体110采用可拆卸的结构，其包括：承载主体111和端盖112。承载主体111为板状结构，其开设有通孔；端盖112为一端开口的筒状结构，端盖112与所述通孔同轴设置，并且端盖112的内径与所述通孔的孔径相同。其中，端盖112通过螺钉固定连接在承载主体111的底部，端盖112的内腔与承载主体111上的通孔组成所述安装槽。弹性体150的顶部、压电片140的顶部与承载主体111的顶部齐平。

在本实施例中，反馈装置壳体110的承载主体111和压电片外壳170为一体成型结构，材质采用纤维增强塑料；端盖112的材质与承载主体111材质相同。纤维增强塑料具有良好的耐腐蚀性、舒适性、柔韧性、耐摩擦性、抗撞击性、易加工、质量轻的优点。压电片140和薄膜160采用软性滴胶粘接，薄膜160与承载主体111之间采用软性滴胶粘接。

弹性体150可采用弹性性能较好的橡胶，如聚烯烃热塑性弹性体。聚烯烃热塑性弹性体是高性能弹性材料,在常温下成橡胶弹性，具有密度小、弯曲大、低温抗冲击性能高、易加工、可重复使用等特点。弹性体150通过粘接的方式与压电片140和反馈装置外壳固定。

作为一种优选，所述压电片采用PVDF压电片。PVDF压电片(薄膜)是一种柔软、质轻、高韧度的塑料薄膜，可以根据需要制成各种形状、厚度的元件。PVDF压电片具有较高的化学稳定性，其化学稳定性比陶瓷高10倍，在-40℃～80℃下可长期使用，能适应多种环境。PVDF压电片在厚度方向的伸缩振动的谐频率很高，频带响应宽(0～500MHz)远优于普通压电陶瓷换能器，应用灵敏度更高。PVDF压电膜柔软坚韧，柔顺系数约为PzT的30倍，且比重只有PzT的1/4左右，能制成各种复杂形状，完美贴合曲面；能够适用于车扶手和车门的曲面结构。

薄膜160上划定按压区域，所述按压区域的边缘与多个压电片140组成的整体区域的边缘重合；即所述按压区域覆盖所有压电片140所在的区域。

作为一种优选，压力传感器130采用薄膜压力传感器，其占用空间小，具有较高的稳定性和灵敏度。压力传感器130与转换模块连接，所述转换模块将压力传感器130的电阻信号转换为模拟电压信号输出至控制单元，控制单元将输入信号值与设定的压力信号阈值进行比较，如果输入信号值高于压力信号阈值则控制开启该压力传感器130对应的压电驱动器120。其中，所述控制单元能够储存并选择不同的振动模式，从而控制各压电驱动器120输出选择的振动模式对应的驱动电压，使压电片140产生相应频率振动。

作为一种优选，压电片140的振动频率设置为50Hz～500Hz；在这个频率范围能能够是使用者获得比较明显的触觉反馈。

作为进一步的优选，将多个压电片140设置为不同的振动频率，例如3个压电片140的振动频率分别设定为100Hz、200Hz和300Hz，使用者触碰到一个或多个压电片140时，能够获得不同组合的振动感受，实现单个压电触觉反馈装置输出多种触觉反馈。进一步提高了触觉反馈的灵敏度和准确性。

当使用者触碰薄膜160上的按压区域时，压力传感器130能够检测压力大小，并传输给控制单元(模块)，当控制单元(模块)判断压力达到设置定阈值(驱动最小值)时，启动压力传感器130对应的压电驱动器120，在压电驱动器120输出驱动电压，驱动压电片140振动，在按压区域产生不同组合的振动反馈。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种多模块集成的压电触觉反馈装置，其特征在于，包括：

反馈装置壳体，其具有顶部开口的安装槽；

多个压电驱动器，其安装在所述安装槽的底部，所述多个压电驱动器间隔设置；

多个压力传感器，其与所述压电驱动器一一对应设置，所述压力传感器设置在所述压电驱动器顶部；所述多个压力传感器之间具有间隔，并且所述压力传感器与所述反馈装置壳体的内壁之间具有间隔；

多个压电片，其设置在所述安装槽内，并且所述压电片一一对应的设置在所述压力传感器的顶部；所述多个压电片之间具有间隔，并且压电片与所述反馈装置壳体的内壁之间具有间隔；

其中，所述压电片与所述压电驱动器一一对应电联，所述压电驱动器为所述压电片提供驱动电压；

弹性体，其围绕每个所述压电片的立面周向设置，密封所述多个压电片之间的间隔和所述压电片与所述反馈装置壳体内壁之间的间隔；

薄膜，其为柔性薄膜，所述薄膜覆盖在所述反馈装置壳体的顶部，并且分别与所述压电片的顶部和所述反馈装置壳体顶部固定连接。

2.根据权利要求1所述的多模块集成的压电触觉反馈装置，其特征在于，还包括：

压电片外壳，其设置在所述压电片与压力传感器之间，并且与所述反馈装置壳体固定连接；

其中，所述压电片外壳具有多个凹槽，所述凹槽与所述压电片一一对应，并且与所述压电片的尺寸相匹配；所述压电片的底部抵靠在所述凹槽的底部。

3.根据权利要求2所述的多模块集成的压电触觉反馈装置，其特征在于，所述压电片外壳包括：

主体部，其包括多个筒体，所述筒体的顶部开口，内腔形成所述凹槽；

第一连接部，其固定连接在所述多个筒体之间；

第二连接部，其内边缘同时固定连接在所述主体部和所述第一连接部的外边缘上，所述第二连接部的外边缘固定连接在所述安装槽的内壁上；

其中，所述第一连接部和所述第二连接部均连接在所述主体部的顶端。

4.根据权利要求3所述的多模块集成的压电触觉反馈装置，其特征在于，所述压电片的顶部凸出于所述第一连接部的顶部和所述第二连接部的顶部，所述弹性体同时覆盖在所述第一连接部和所述第二连接部上。

5.根据权利要求3或4所述的多模块集成的压电触觉反馈装置，其特征在于，所述反馈装置壳体包括：

承载主体，其开设有通孔；

端盖，其为一端开口的筒状结构，所述端盖与所述通孔同轴设置，并且所述端盖的内径与所述通孔的孔径相同；

其中，所述端盖固定连接在所述承载主体的底部，所述端盖的内腔与所述通孔组成所述安装槽。

6.根据权利要求5所述的多模块集成的压电触觉反馈装置，其特征在于，所述弹性体的顶部、所述压电片的顶部与所述承载主体的顶部齐平。

7.根据权利要求6所述的多模块集成的压电触觉反馈装置，其特征在于，所述压电片采用PVDF压电片。

8.根据权利要求7所述的多模块集成的压电触觉反馈装置，其特征在于，所述压电片的振动频率设置为50Hz～500Hz。

9.根据权利要求8所述的多模块集成的压电触觉反馈装置，其特征在于，所述多个压电片的振动频率不同。

10.根据权利要求1所述的多模块集成的压电触觉反馈装置，其特征在于，所述薄膜上划定按压区域，所述按压区域的边缘与所述多个压电片组成的整体区域的边缘重合。