[发明专利]一种压电式触觉反馈执行器

说明书

一种压电式触觉反馈执行器，包括支架、n个类睫状体式触摸梁、2n个压电陶瓷片、控制器和电池，n为≧3的自然数；类睫状体式触摸梁并列安装在支架上，控制器和电池安装在支架的底平台上，电池用于为所述执行器提供电力；将一对压电陶瓷片粘贴在每个类睫状体式触摸梁的上下表面；每个压电陶瓷片均通过二级放大电路、反相放大电路及AD转换模块与控制器连接；控制器输出与类睫状体式触摸梁固有模态频率相同的正弦信号，压电陶瓷片迫使类睫状体式触摸梁发生弯曲振动，使睫状体结构的振动方向趋于一致，从而产生两个方向上不同粗糙度触觉感受。本发明通过改变手指的移动方向、激励信号的频率以及类睫状体分布结构使人手指感受到不同的触觉。

技术领域

本发明属于触觉反馈应用技术领域，具体涉及一种压电式触觉反馈执行器。在触觉显示、虚拟现实、人机交互、生物医疗、机器人等领域都有很广阔的应用空间。

背景技术

人机交互技术近年来发展迅猛，在医疗、军事、娱乐等方面都得到了广泛的应用。但是目前的人机交互技术着重声音、视觉的再现与模拟，而对于触觉通道信息传递研究还处于初级的阶段，因此，触觉设备的开发研究是人机交互技术的发展重要方向之一。

压电式触摸反馈设备利用压电陶瓷材料的逆压电效应，将电信号转化为微观机械振动，从而产生不同粗糙度的触觉感受。可以较准确地模拟不同的触觉感受，性能稳定，并且效果优良。目前的触觉反馈设备主要通过传感器检测人体感知受体的空间位置，然后根据位置信息改变振动频率来产生不同的触觉感受，或者将压电陶瓷片阵列布置，改变不同位置的压电陶瓷片的振动来实现多样的触觉感受。但是现有的触觉设备控制系统较为复杂，触觉效果较为单一，不能实现触觉的方向性。

本发明涉及一种压电触觉反馈执行器，可以在两个触摸方向上实现不同的触觉感受，也可以通过改变激励信号频率、类睫状体梁结构来实现不同的触觉模式，实施方式简捷，触感较为明显，性能稳定，旨在解决以上问题。

发明内容

本发明克服了现有技术的问题，提供一种压电式触觉反馈执行器以满足以下功能要求：在压电材料上施加与结构固有频率相同频率的正弦激励信号，通过共振使类睫状体式触摸结构发生机械微观振动，由于压电陶瓷特殊的布置位置，以及类睫状体分布位置，可以使人的手指在不同的两个方向移动的时候得到截然不同的触觉感受，使触觉具有方向性。即当手指向类睫状体结构振动方向同向移动时粗糙度较小，当手指向类睫状体结构振动方向反向移动时粗糙度较大。

通过调整激励信号的共振频率以及类睫状体分布结构可以获得不同粗糙度的触觉感受。可以应用于触觉反馈领域，增加触觉模拟的真实感。

为实现上述的功能，本发明采取以下技术方案：

一种压电式触觉反馈执行器，包括支架，n个类睫状体式触摸梁，每个类睫状体式触摸梁上的类睫状体分布特征为密度不等，2n个压电陶瓷片，控制器和电池，n为大于等于3的自然数；n个类睫状体式触摸梁并列安装在支架上，且n个类睫状体式触摸梁相互平行在同一水平面上；控制器和电池安装在支架的底平台上，电池用于为所述执行器提供电力；通过计算得出压电陶瓷片在类睫状体式触摸梁上的粘贴位置，并将一对压电陶瓷片粘贴在每个类睫状体式触摸梁的上下表面；每个压电陶瓷片均通过二级放大电路、反相放大电路及AD转换模块与控制器连接；控制器输出与类睫状体式触摸梁固有模态频率相同的正弦信号，压电陶瓷片迫使类睫状体式触摸梁发生弯曲振动，使睫状体结构的振动方向趋于一致，从而产生两个方向上不同粗糙度触觉感受。所述不同粗糙度触觉感受包括不同摩擦系数的触觉感受、不同振动强度的触觉感受以及不同方向的触觉感受。

所述一种压电式触觉反馈执行器能够通过改变手指的移动方向、激励信号的频率以及类睫状体分布结构使人手指感受到不同的触觉。