[发明专利]一种基于静电力触觉再现的装置

说明书

技术领域

本发明属于一种触觉再现装置。

背景技术

高效自然的触觉再现技术能够加强虚拟现实的沉浸感和真实感，能够提供更为真实和直接的交互体验，将人类与虚拟世界的交流推向一个新的阶段，是目前虚拟现实领域的热点。触觉再现技术在科学教育、工业设计、盲人看图、远程医疗等起到重要的辅助作用。

目前，触觉再现技术大多是基于机械力的，比较典型的装置有日本Yasushi Ikei等人研制的针型接触式阵列，日本东京农业科技大学的Naoya Asamura等人研制的气体压力触觉再现装置，日本Takaaki Nara等人研制的基于锯齿表面的触觉再现装置，但是由于设备笨重很难在日常是生活中应用推广，静电触觉再现技术目前被普遍认为是实现触觉再现系统小型化的最主要方式，是触觉再现领域的最新技术。

2011年Ivan Poupyrev等在题为“Electrovibration for Touch Surfaces”的美国专利US 2011/0285667 A1中公开了一种基于电震动的触觉再现交互技术，采用电荷感应，在库仑力的相互作用，使人感知触觉的再现，介绍了触觉交互屏的工作原理，并不是一个完整的触觉再现装置。2011年Kajimoto Hiroyuki等在题为“Electrical Stimulation Device and Electrical Stimulation Method”的日本专利WO 2011/155089 A1中公开了一种基于电刺激的装置和电刺激的方法，但系统庞大复杂，难以小型化，适用性差。

发明内容

本发明提供一种基于静电力触觉再现的装置。

本发明采取的技术方案是：包括：

（1）静电力触觉再现交互屏，包括光学传感单元、静电力触觉再现面板、LCD显示面板，用于用户对静电力触觉再现装置的交互操作，

（2）手指轨迹跟踪单元，包括处理器及通信接口，用于获取图像信息后，计算出手指的位置坐标；

（3）静电力触觉再现控制器由处理单元、存储器、输出接口、USB通信接口、驱动信号输出接口、驱动控制接口组成，用于实时处理触觉再现算法，发射驱动信号，负责与PC机通信，控制整个系统的工作；

（4）信号驱动单元，由程控增益放大器组成，用于放大输出信号，驱动静电力触觉再现面板工作；

（5）PC机，具有USB接口的普通计算机。

本发明所述的静电力触觉再现交互屏结构是；LCD显示面板与PC机通信、用于显示视觉对象；光学传感单元与手指轨迹跟踪单元连接、用于实时获取手指位置检测图像；静电力触觉再现面板与信号驱动单元连接，在驱动信号作用下，实现触觉再现功能。

本发明所述的手指轨迹跟踪单元与光学传感单元连接，实时获取四个红外摄像头的成像信息，根据设定图像处理算法计算出手指的位置坐标，通过位置检测接口将手指位置坐标信息发送给静电力触觉再现控制器。

本发明所述的静电力触觉再现面板由透明绝缘薄膜、透明导电极板、玻璃底板组成，透明导电极板是通过喷镀的方法镀到玻璃底板上，透明绝缘薄膜粘合到透明导电极板上；给透明导电极板施加一定幅值电压与一定频率的驱动信号时，透明绝缘薄膜中的电子在库仑力的作用下脱离原子核的束缚，并且均匀排列在透明绝缘薄膜的下层，正电荷均匀分布在透明绝缘薄膜的上层，形成一个小型电场，手指触摸透明绝缘体薄膜的上表面，皮肤会感应电荷，当驱动信号电压或者频率变化时，手指感知不同触觉。

本发明所述的静电力触觉再现控制器结构是：处理单元与存储器连接，用于存储图像、算法程序等信息；处理单元通过信号增益控制接口控制信号驱动单元的放大倍数；处理单元控制D/A转换器产生特定电压幅度与频率的驱动信号；处理单元通过位置检测接口控制手指轨迹跟踪单元工作，以及接收位置坐标信息；处理单元通过USB通信接口与PC机通信。

本发明所述的信号驱动单元，通过D/A转换器接收驱动信号，与信号增益控制接口接收增益放大倍数信号，由程控增益放大器实时放大驱动信号，作用于透明导电极板，使静电力触觉再现面板工作。

本发明的优点在于：采用静电的库仑力作用实现触觉再现，装置成本低、灵活性高、适用性强，可以在小型移动终端上实现触觉再现功能。

附图说明

图1 是本发明的整体框图；

图2 是本发明的静电力触觉再现控制器框图；

图3 是本发明的静电力触觉再现控制器工作流程图；

图 4(A) 是本发明静电力触觉再现面板的结构示意图；