[发明专利]一种基于挤压气膜效应的触觉再现装置与方法

权利要求书

1.一种基于挤压气膜效应的触觉再现装置，其特征在于，由以下几部分构成：

触感表面，被配置为检测触点位置并呈现触觉；

所述触感表面包括：压电层、隔热层、支撑结构，所述压电层设置于支撑结构的上部，所述隔热层设置于压电层的上部，所述的隔热层、压电层和支撑结构是之间是刚性连接的；

所述压电层、隔热层、支撑结构都是以阵列形式呈现的，阵列的行数和列数分别为m和n；

所述压电层包括一个压电阵列，所述压电阵列的每一部分为长方体，压电阵列的每一部分被称为压电振子，所述压电阵列中的每个压电振子由两条信号线控制，分别连接至行信号总线和列信号总线，行信号总线和列信号总线连接至信号驱动模块，且连接至法向力检测模块，利用压电层的正压电效应，通过法向力检测模块将压电层产生的电信号大小转化成法向力的大小，根据法向力大小判断触点位置并判断是否需要启动挤压气膜效应补偿机制；利用压电层的逆压电效应通过信号驱动模块产生驱动信号，驱动压电层高频振动，形成挤压气膜效应形成触觉反馈；

控制模块，被配置为接收触点位置信息并根据法向力大小计算电信号信息；

所述控制模块包括控制器，控制器中存储了法向力与补偿驱动信号对应表和法向力与电信号对应表，控制器被配置为接收法向力检测模块发送的数字信号并根据该数字信号计算法向力的大小，同时根据该法向力的大小判断是否大于法向力阈值，并计算触感表面需要驱动信号的大小，如果小于法向力阈值，则产生正常驱动信号；如果大于法向力阈值，则根据法向力与补偿驱动信号对应表，产生补偿驱动信号；

信号驱动模块，被配置为提供触感表面所需要的驱动信号；

法向力检测模块，被配置为检测用户施加的法向力。

2.根据权利要求1所述的一种基于挤压气膜效应的触觉再现装置，其特征在于：所述压电层和支撑结构所呈现的机械振动变形至少是以40kHz为共振频率的机械振动，所呈现的机械振动幅度至少为1μm。

3.根据权利要求1所述的一种基于挤压气膜效应的触觉再现装置，其特征在于：所述的法向力检测模块包括：前置放大器和模数转换器，前置放大器的作用是将压电层产生的微弱的电压信号进行适当放大，经过模数转换器将电压信号转换成数字信号，数字信号的大小对应于法向力的大小，将产生的数字信号发送给控制模块。

4.根据权利要求1所述的一种基于挤压气膜效应的触觉再现装置，其特征在于：所述信号驱动模块包括：DDS信号发生器，数模转换器，电压放大器和功率放大器，控制模块的控制器给DDS信号发生器发送控制字产生基础波形，基础波形的频率和产生的波形种类都是可控制的，将基础波形连接至数模转换器的参考电压引脚，利用数模转换器参考电压加波形的形式控制输出波形的幅度，数模转换器的参考电压取前一级的输出波形，通过改变控制字来改变输出波形的幅度，数模转换器的控制字由控制器发送，当输入的控制字一定时参考电压引脚的电压值改变，输出端的电压值也相应的改变，从而完成幅度控制的功能，电压放大器和功率放大器连接成比例放大电路的形式，按照两级放大的形式级联，经过放大后形成压电层需要的高幅值高幅频大电流的驱动信号。