[发明专利]基于海尔贝克阵列的多点力触觉再现方法及系统

权利要求书

1.基于海尔贝克阵列的多点力触觉再现系统，其特征在于，所述多点力触觉再现系统包括三维背景电磁铁模块、背景电磁铁驱动模块、指尖微型电磁铁模块、指尖微型电磁铁驱动模块、系统中央控制模块、摄像头模块；

所述三维背景电磁铁模块基于海尔贝克阵列，所述基于海尔贝克阵列用于增强操作空间内部的电磁场，减弱操作空间外部的电磁场；

所述背景电磁铁驱动模块用于接收系统中央控制模块发出的控制指令，驱动所述三维背景电磁铁模块中电磁铁产生相应的磁场；

所述指尖微型电磁铁模块包含多个指尖微型电磁铁，用于向人手指提供反馈力；

所述指尖微型电磁铁驱动模块用于驱动指尖微型电磁铁模块产生所需电磁作用力；

所述系统中央控制模块根据需要选择实施单点力触觉再现或多点力触觉再现控制策略，计算出背景电磁铁模块和指尖微型电磁铁模块需要的激励信号值，控制背景电磁铁驱动模块和指尖微型电磁铁驱动模块输出激励电流，在指尖微型电磁铁模块上产生所需电磁作用力，形成单点或多点力触觉再现；

所述摄像头模块用于实时采集指尖位置信息，发送给所述系统中央控制模块。

2.根据权利要求1所述的基于海尔贝克阵列的多点力触觉再现系统，其特征在于，所述三维背景电磁铁模块由内层一维层叠式电磁铁和外层二维阵列式电磁铁组成；所述一维层叠式电磁铁包含多个同轴的空心盘状层叠式线圈单元，所述同轴的空心盘状层叠式线圈单元内部为内部圆柱体空间，内部圆柱体空间为力触觉再现操作空间；所述外层二维阵列式电磁铁位于一维层叠式电磁铁的外部，所述外层二维阵列式电磁铁包含二维阵列式线圈和位于二维阵列式线圈内部的磁介质材料；

所述二维阵列式线圈由M1×M2个二维方形线圈单元组成，其中M1个二维方形线圈单元在一维电磁铁外部环绕一圈，形成一组二维线圈，其内部空间为与一维层叠式电磁铁同轴的正棱柱体，将M2组二维线圈沿轴向方向依次排列，构成外层二维阵列式电磁铁；

所述二维方形线圈单元由两个正交的方形线圈嵌套构成，其中外层方形线圈的中心轴线的方向与内部圆柱体操作空间相切，称为切向线圈单元，与之正交的内层方形线圈称为径向线圈单元。

3.根据权利要求1所述的基于海尔贝克阵列的多点力触觉再现系统，其特征在于，所述指尖微型电磁铁模块由多个指尖微型电磁铁EM_FTn组成，每个指尖微型电磁铁EM_FTn由中心轴线两两正交的三层线圈以层叠式结构组合而成，用于向人手指提供反馈力。

4.根据权利要求1所述的基于海尔贝克阵列的多点力触觉再现系统，其特征在于，所述三维背景电磁铁产生的三维可控背景电磁场是由所述一维层叠式电磁铁产生的X方向的一维电磁场与所述外层二维阵列式电磁铁产生的YZ方向的二维背景电磁场叠加而成；所述一维层叠式电磁铁通过调控N个同轴的一维线圈单元EM_Xi，i＝1,2…N，实现多个局部区域可调的一维电磁场；

对于所述外层二维阵列式电磁铁，调节其切向线圈单元EM_Tjk和径向线圈单元EM_Rjk的电流，j＝1,2,…,M1；k＝1,2,…,M2，控制每个二维线圈单元产生的磁场方向为YZ平面上任意方向，在M1×M2个二维线圈单元的共同作用下构成多种海尔贝克阵列，产生多种模态的电磁场，并且通过规律旋转每个二维线圈单元产生的电磁场方向，调节背景电磁场的磁极方向。