[实用新型]一种应用阻抗检测的自适应多点静电力触觉再现装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种自适应多点静电力触觉再现装置。

背景技术

触觉再现在人机交互和虚拟现实中都扮演着非常重要的角色，可以提供更真实的沉浸感，使用户的感受得到大幅度的提升。结合触觉感受，可以使虚拟现实变得更为自然，提高系统的稳定性和可靠性。目前，国内外有着多种触觉再现解决方案，如基于机械振动的触觉再现，基于磁悬浮的触觉再现以及基于静电力的触觉再现等。

基于机械振动的触觉再现是利用实际的机械振动来模拟触觉感受，可以实现较高的作用力输出和再现刚度，能够满足纹理再现所需的高精度，但功耗比较大且机械结构复杂昂贵。基于磁悬浮的触觉再现是通过磁悬浮技术来施加方向力和力矩，再现的触觉精度高，但是实现触觉的设备笨重，难以在移动终端设备上应用。

基于静电力的触觉再现技术是通过给覆盖有绝缘层的导电极板施加不同的驱动信号来产生不同触觉感受的技术。基于电触觉技术的研究是国际上研究触觉反馈的一大热点，属于前沿技术。与其他几种触觉再现解决方案相比，基于静电力的触觉再现有以下几方面的优势：

1、工作过程中驱动信号的电压高但是电流很小，系统功耗很低。

2、绝缘层和皮肤上感应电荷之间的作用力来使皮肤变形，没有机械移动，基本上没有噪声。

3、只有移动的手指才能感受到触觉力，系统中同一时刻只有一个手指移动时，可以实现多点交互。

4、装置尺寸小，结构简单，可以在移动终端设备上应用。

静电力触觉再现作为一种优点突出的触觉再现技术，一直受到关注。孙晓颖等在题为“一种基于静电力触觉再现的装置”的中国专利CN202694260U中公开了一种基于静电力的触觉再现技术。由手指跟踪单元检测手指在触觉屏上的位置，根据电信号与触觉力对应关系，生成表示相应触觉力的电信号参量，从而实现触觉再现。但是触觉再现信号不能根据实际情况进行自适应的改变，而且只能够实现单点的触觉再现。Ivan POUPYREV等在题为“Electrovibration for Touch Surfaces”的美国专利US2011/0285667A1中公开了一种基于电震动的触觉再现交互技术，利用电荷间的库仑吸引力以及手指滑动产生的摩擦力来模拟触觉感受，给出了触觉反馈的原理及相关的初步实验，并没有给出具体的实现方法。Ville Makinen等在题为“Techniques for Presenting Vehicle‐related Information”的美国专利US8026798B2中提出了利用触觉再现装置呈现车辆相关信息的方法。给出了触觉再现面板在方向盘上的摆放方式以及所呈现的车辆相关信息的编码方式。可以通过触觉再现面板提供触觉感受的不同来给出车辆速度等信息。但这种方式仅能提供一些比较简单的可以量化的信息，并不能提供丰富的触觉感受。

发明内容

本实用新型提供一种应用阻抗检测的自适应多点静电力触觉再现装置，以解决目前触觉再现系统精度低、实时性差、稳定度不高以及不适合嵌入到便携设备中等问题。

本实用新型采取的方案是：包括：

静电力控制器，包括处理器，该处理器与数模转换器连接，该数模转换器与低通滤波器连接，电源、存储器、编程接口、晶振、阻抗检测接口，幅度控制接口，按键显示接口分别与处理器连接；

信号驱动单元，包括集成运算放大器与射极跟随器电路相连接，射极跟随器电路与晶体管放大电路相连接；

阻抗检测单元，包括顺序电连接的交流电流源，信号拾取器、信号放大器、信号解调器、模数转换器以及阻抗信号分析处理器；

触觉再现屏，包括相互连接的玻璃底板、透明导电极板阵列和透明绝缘膜。

本实用新型具有以下的优点：

1、采用直接数字频率合成技术合成波形，得到的波形频率分辨率高、输出频点多、频率切换速度快、可以产生任意波形、全数字化实现、便于集成、体积小、重量轻。

2、数模转换器参考电压取前级波形的形式控制输出波形的幅度，可以实现波形幅度的程序控制，输出波形幅度精度高，稳定性好。

3、信号驱动单元采用负反馈的放大电路，可以有效的抑制温度等外界因素对电路的影响，提高电路的稳定性。集成运算放大器接成同相比例放大器的形式，放大倍数修改方便。

4、工作过程中驱动信号的电压高但是电流小，系统功耗低，可以应用在对功耗要求比较高的移动终端上。

5、绝缘层和皮肤上感应电荷之间的作用力来使皮肤变形，没有机械移动，基本上没有噪声。