專利名稱：一種基于靜電力觸覺再現(xiàn)的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種觸覺再現(xiàn)裝置。
背景技術：
高效自然的觸覺再現(xiàn)技術能夠加強虛擬現(xiàn)實的沉浸感和真實感，能夠提供更為真實和直接的交互體驗，將人類與虛擬世界的交流推向一個新的階段，是目前虛擬現(xiàn)實領域的熱點。觸覺再現(xiàn)技術在科學教育、工業(yè)設計、盲人看圖、遠程醫(yī)療等起到重要的輔助作用。目前，觸覺再現(xiàn)技術大多是基于機械力的，比較典型的裝置有日本YasushiIkei等人研制的針型接觸式陣列，日本東京農業(yè)科技大學的Naoya Asamura等人研制的氣體壓力觸覺再現(xiàn)裝置，日本Takaaki Nara等人研制的基于鋸齒表面的觸覺再現(xiàn)裝置，但是由于 設備笨重很難在日常是生活中應用推廣，靜電觸覺再現(xiàn)技術目前被普遍認為是實現(xiàn)觸覺再現(xiàn)系統(tǒng)小型化的最主要方式，是觸覺再現(xiàn)領域的最新技術。2011 年 Ivan Poupyrev 等在題為 “Electrovibration for Touch Surfaces，，的美國專利US 2011/0285667 Al中公開了一種基于電震動的觸覺再現(xiàn)交互技術，采用電荷感應，在庫侖力的相互作用，使人感知觸覺的再現(xiàn)，介紹了觸覺交互屏的工作原理，并不是一個完整的觸覺再現(xiàn)裝置。2011年Kajimoto Hiroyuki等在題為“Electrical StimulationDevice and Electrical Stimulation Method，，的日本專利 WO 2011/155089 Al 中公開了一種基于電刺激的裝置和電刺激的方法，但系統(tǒng)龐大復雜，難以小型化，適用性差。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種基于靜電力觸覺再現(xiàn)的裝置。本發(fā)明采取的技術方案是包括
(1)靜電力觸覺再現(xiàn)交互屏，包括光學傳感單元、靜電力觸覺再現(xiàn)面板、LCD顯示面板，用于用戶對靜電力觸覺再現(xiàn)裝置的交互操作，
(2)手指軌跡跟蹤單元，包括處理器及通信接口，用于獲取圖像信息后，計算出手指的位置坐標；
(3)靜電力觸覺再現(xiàn)控制器由處理單元、存儲器、輸出接口、USB通信接口、驅動信號輸出接口、驅動控制接口組成，用于實時處理觸覺再現(xiàn)算法，發(fā)射驅動信號，負責與PC機通信，控制整個系統(tǒng)的工作；
(4)信號驅動單元，由程控增益放大器組成，用于放大輸出信號，驅動靜電力觸覺再現(xiàn)面板工作；
(5)PC機，具有USB接口的普通計算機。本發(fā)明所述的靜電力觸覺再現(xiàn)交互屏結構是；IXD顯示面板與PC機通信、用于顯示視覺對象；光學傳感單元與手指軌跡跟蹤單元連接、用于實時獲取手指位置檢測圖像；靜電力觸覺再現(xiàn)面板與信號驅動單元連接，在驅動信號作用下，實現(xiàn)觸覺再現(xiàn)功能。本發(fā)明所述的手指軌跡跟蹤單元與光學傳感單元連接，實時獲取四個紅外攝像頭的成像信息，根據設定圖像處理算法計算出手指的位置坐標，通過位置檢測接口將手指位置坐標信息發(fā)送給靜電力觸覺再現(xiàn)控制器。本發(fā)明所述的靜電力觸覺再現(xiàn)面板由透明絕緣薄膜、透明導電極板、玻璃底板組成，透明導電極板是通過噴鍍的方法鍍到玻璃底板上，透明絕緣薄膜粘合到透明導電極板上；給透明導電極板施加一定幅值電壓與一定頻率的驅動信號時，透明絕緣薄膜中的電子在庫侖力的作用下脫離原子核的束縛，并且均勻排列在透明絕緣薄膜的下層，正電荷均勻分布在透明絕緣薄膜的上層，形成一個小型電場，手指觸摸透明絕緣體薄膜的上表面，皮膚會感應電荷，當驅動信號電壓或者頻率變化時，手指感知不同觸覺。本發(fā)明所述的靜電力觸覺再現(xiàn)控制器結構是處理單元與存儲器連接，用于存儲圖像、算法程序等信息；處理單元通過信號增益控制接口控制信號驅動單元的放大倍數(shù)；處理單元控制D/A轉換器產生特定電壓幅度與頻率的驅動信號；處理單元通過位置檢測接 口控制手指軌跡跟蹤單元工作，以及接收位置坐標信息；處理單元通過USB通信接口與PC機通信。本發(fā)明所述的信號驅動單元，通過D/A轉換器接收驅動信號，與信號增益控制接口接收增益放大倍數(shù)信號，由程控增益放大器實時放大驅動信號，作用于透明導電極板，使靜電力觸覺再現(xiàn)面板工作。本發(fā)明的優(yōu)點在于采用靜電的庫侖力作用實現(xiàn)觸覺再現(xiàn)，裝置成本低、靈活性高、適用性強，可以在小型移動終端上實現(xiàn)觸覺再現(xiàn)功能。


圖I是本發(fā)明的整體框 圖2是本發(fā)明的靜電力觸覺再現(xiàn)控制器框 圖3是本發(fā)明的靜電力觸覺再現(xiàn)控制器工作流程 圖4(A)是本發(fā)明靜電力觸覺再現(xiàn)面板的結構示意 圖4(B)是本發(fā)明靜電力觸覺再現(xiàn)面板的結構截面 圖5是本發(fā)明光學傳感單元安裝及手指軌跡跟蹤單元原理框 圖6是本發(fā)明手指軌跡跟蹤單元的工作流程 圖7是本發(fā)明的信號驅動單元原理框 圖8是本發(fā)明靜電力觸覺再現(xiàn)的基本原理 圖9(A)是作用于導電極板的驅動信號為正電壓時，靜電力觸覺再現(xiàn)面板與手指的電荷分布情況；
圖9(B)是作用于導電極板的驅動信號由正電壓變?yōu)樨撾妷簳r，靜電力觸覺再現(xiàn)面板與手指的電荷分布情況；
圖9(C)是作用于導電極板的驅動信號為負電壓時，靜電力觸覺再現(xiàn)面板與手指的電荷分布情況；
圖10(A)是作用于靜電力觸覺再現(xiàn)面板上的手指產生吸引力的情況；
圖10(B)是示出手指與靜電力觸覺再現(xiàn)面板產生摩擦力的情況；
圖11是靜電力觸覺再現(xiàn)面板產生觸覺力的流程圖。
具體實施例方式包括
(1)靜電力觸覺再現(xiàn)交互屏108，包括光學傳感單元105、靜電力觸覺再現(xiàn)面板106、IXD顯示面板107，用于用戶對靜電力觸覺再現(xiàn)裝置的交互操作，
(2)手指軌跡跟蹤單元102，包括了處理器10201及通信接口10202，用于獲取圖像信息后，計算出手指的位置坐標；
(3)靜電力觸覺再現(xiàn)控制器103由處理單元201、存儲器202、位置檢測接口203、D/A轉換器204，信號增益控制接口 205，USB通信接口 206，用于實時處理觸覺再現(xiàn)算法，發(fā)射驅動信號，負責與PC機101通信，控制整個系統(tǒng)的工作；
(4)信號驅動單元104，由程控增益放大器組成，用于放大輸出信號，驅動靜電力觸覺再現(xiàn)面板工作；
(5)PC機101，具有USB接口的普通計算機。本發(fā)明所述的靜電力觸覺再現(xiàn)交互屏結構是；IXD顯示面板107與PC機101通信、用于顯示視覺對象；光學傳感單元105與手指軌跡跟蹤單元102連接、用于實時獲取手指位置檢測圖像；靜電力觸覺再現(xiàn)面板106與信號驅動單元104連接，在驅動信號作用下，實現(xiàn)觸覺再現(xiàn)功能。本發(fā)明所述的手指軌跡跟蹤單元102與光學傳感單元105連接，實時獲取四個紅外攝像頭10502的成像信息，根據設定圖像處理算法計算出手指的位置坐標，通過位置檢測接口 203將手指位置坐標信息發(fā)送給靜電力觸覺再現(xiàn)控制器。本發(fā)明所述的靜電力觸覺再現(xiàn)面板由透明絕緣薄膜10601、透明導電極板10602、玻璃底板10603組成，透明導電極板是通過噴鍍的方法鍍到玻璃底板上，透明絕緣薄膜通過粘合劑10604粘合到透明導電極板上；給透明導電極板施加一定幅值電壓與一定頻率的驅動信號時，透明絕緣薄膜中的電子在庫侖力的作用下脫離原子核的束縛，并且均勻排列在透明絕緣薄膜的下層，正電荷均勻分布在透明絕緣薄膜的上層，形成一個小型電場，手指觸摸透明絕緣體薄膜的上表面，皮膚會感應電荷，當驅動信號電壓或者頻率變化時，手指感知不同觸覺。本發(fā)明所述的靜電力觸覺再現(xiàn)控制器結構是處理單元201與存儲器202連接，用于存儲圖像、算法程序等信息；處理單元通過信號增益控制接口 205控制信號驅動單元104的放大倍數(shù)；處理單元控制D/A轉換器204產生特定電壓幅度與頻率的驅動信號；處理單元通過位置檢測接口 203控制手指軌跡跟蹤單元工作，以及接收位置坐標信息；處理單元通過USB通信接口 206與PC機101通信。本發(fā)明所述的信號驅動單元104，通過D/A轉換器接收驅動信號，與信號增益控制接口接收增益放大倍數(shù)信號，由程控增益放大器實時放大驅動信號，作用于透明導電極板，使靜電力觸覺再現(xiàn)面板工作。下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述
圖I是示出本發(fā)明提出的靜電力觸覺再現(xiàn)裝置的整體框圖，包括PC機101、靜電力觸覺再現(xiàn)交互屏108、手指軌跡跟蹤單元102、靜電力觸覺再現(xiàn)控制器103、信號驅動單元104。主要功能利用手指軌跡跟蹤單元102檢測用戶的手指位置，將虛擬環(huán)境中生成的觸覺反饋給用戶。用戶和虛擬模型之間通過觸覺再現(xiàn)交互屏進行交互，虛擬物體模型要、能準確反映手指受力后的變形情況，而靜電力觸覺再現(xiàn)控制器103根據交互情況，獲取物體的位置，計算反作用力的大小、映射觸覺力的特性、改變電信號參量、生成特定頻率與幅度信號，經信號驅動單元104驅動后作用于靜電力觸覺再現(xiàn)交互屏108，將觸覺信息實時反饋給用戶。工作流程首先，靜電力觸覺再現(xiàn)控制器103根據視覺對象的物理屬性，建立物體的三維觸覺反饋模型。接著，由手指軌跡跟蹤單元102檢測手指的位置，發(fā)送給靜電力觸覺再現(xiàn)控制器103，根據視覺對象的三維觸覺反饋模型對應關系，推導出視覺對象所對應位置觸覺力的表示方法，再根據電信號與觸覺力模型的映射關系，生成表示該觸覺力的電信號參量，輸出一定頻率和幅度的驅動信號。驅動信號經過信號驅動單元104放大，控制觸覺交互屏上的電荷變化，在透明絕緣薄膜中形成一個小型電場，由于庫侖力的相互作用，引起手指的皮膚變形而感知吸附和排斥觸覺，從而實現(xiàn)觸覺的再現(xiàn)。圖2是示出根據本發(fā)明基于靜電力觸覺再現(xiàn)裝置提出的靜電力觸覺再現(xiàn)控制器框圖，由處理單元201、存儲器202、USB通信接口 206、信號增益控制接口 205、位置檢測接口 203、D/A轉換器204組成，處理單元201使用的是TI公司的TMS320VC5502，存儲器202由SDRAM和FLASH組成。使用D/A轉換器TLC320AD50C 204與DSP連接產生正/負周期震蕩信號，并且通過信號增益控制接口 205控制信號驅動單元104放大驅動信號，USB通信接口 206負責與PC機101通信。位置檢測接口 203與手指軌跡跟蹤單元102連接。當然，它的功能不局限與這些，可以根據不同環(huán)境的需求，集成不同的模塊。圖3是示出了根據本發(fā)明基于靜電力觸覺再現(xiàn)裝置提出的靜電力觸覺再現(xiàn)控制器的工作流程圖。首先初始化通信接口 301，接收PC機發(fā)送的圖像信息、建立圖像紋理力模型302，在控制手指位置檢測單元獲取手指位置坐標303，計算手指位置坐標對應的紋理力的信號表示方法304，控制D/A轉換器輸出特定頻率及幅度的驅動信號305，控制信號驅動單元放大驅動信號306。圖4(A)是示出了根據本發(fā)明基于靜電力觸覺再現(xiàn)裝置提出的靜電力觸覺再現(xiàn)面板106的結構圖，觸覺再現(xiàn)交互板面中的透明絕緣薄膜10601位于觸覺再現(xiàn)交互板面的最頂層，是手指接觸的平面，也是在給透明導電極板10602供電后，電子在庫侖力作用下脫離原子核束縛，形成一個小型電場。該層透明絕緣薄膜10601需要滿足一下條件透明、絕緣、低電壓電離作用。按理論分析，只要滿足以上條件的透明絕緣薄膜10601都可以使用在該靜電力觸覺再現(xiàn)板面上，但是透明絕緣薄膜10601位于靜電力觸覺再現(xiàn)板面的最上層，是手指直接接觸的表面，需要考慮該絕緣層對人的固有觸覺反應，因此采用大量實驗選擇出使人觸摸感覺到柔軟度、紋理屬性合適的材料。透明導電極板10602與信號驅動單元連接，是觸覺再現(xiàn)交互板面的電信號驅動部分。該極板的材料可以為導電橡膠、導電液體、導電膠合物、導電玻璃及ITO等導電物質。經過比較，選擇了透明導電薄膜IT0，該薄膜的透光率在90%以上，電阻率介于10_3 10_4Q cm之間，滿足靜電力觸覺再現(xiàn)面板106的使用要求。玻璃底板10603是為了屏蔽下層顯示設備對導電極板的干擾，擬使用不能導電的透明玻璃平板作為該層底板。 圖4(B)是示出根據本發(fā)明基于靜電力觸覺再現(xiàn)裝置提出的靜電力觸覺再現(xiàn)面板的結構截面圖，靜電力觸覺再現(xiàn)面板的三層結構由下而上分別是玻璃底板10603、透明導電極板10602、透明絕緣薄膜10601。透明導電極板10602通過噴鍍的方法將ITO透明薄膜鍍在玻璃底板上，而透明絕緣薄膜10601是通過粘合劑10604粘貼在導電極板上。圖5是示出根據本發(fā)明基于靜電力觸覺再現(xiàn)裝置提出的光學傳感單元安裝及手指軌跡跟蹤單元原理框圖。光學傳感單元105位于靜電力觸覺交互屏的最頂層，光學傳感單元105的四個角裝有紅外攝像頭10502，上邊緣兩角裝有紅外發(fā)光管10501，其余三邊裝有紅外光反色條10503、光學傳感單元105與手指軌跡跟蹤單102連接。手指軌跡跟蹤單元102，由處理器10201與通信接口 10202組成，處理器控制光學傳感單元105，獲取圖像信息，實現(xiàn)手指位置406的定位，通過通信接口 10202發(fā)送給靜電力觸覺再現(xiàn)控制器。圖6是示出根據本發(fā)明基于靜電力觸覺再現(xiàn)裝置 提出的手指軌跡跟蹤單元的工作流程圖。初始化通信接口 601，接收靜電力觸覺再現(xiàn)控制器發(fā)送的啟動信號602，控制光學傳感單元獲取圖像信息603，經過圖像處理算法計算出手指的位置坐標604。通過通信接口向靜電力觸覺再現(xiàn)控制器發(fā)送手指位置坐標信息605。圖7是示出根據本發(fā)明基于靜電力觸覺再現(xiàn)裝置提出的信號驅動單元104原理框圖，主要由程控增益放大器組成，接收D/A轉換器204發(fā)送過來的驅動信號，在信號增益控制接口 205的控制信號作用下放大驅動信號，作用于靜電力觸覺再現(xiàn)面板106。圖8是示出根據本發(fā)明基于靜電力觸覺再現(xiàn)裝置提出的靜電力觸覺再現(xiàn)面板的基本原理框圖，給透明導電極板施加電信號V (t)時，手指觸摸透明絕緣薄膜10601的上表面，手指皮膚表面感應有靜電荷，電荷之間有庫侖力的相互作用，使手指的皮膚發(fā)生變形，感受到有吸引力Fe的作用，當手指滑動時，手指會感受到手指與透明絕緣薄膜10601之間有摩擦力^的作用。由于施加的電信號V (t)的幅度是周期性變化的，所以手指變形也是周期性變化的，導致Fe與Fr也發(fā)生了周期形變，從而實時改變手指觸覺。圖9(A)_(C)是示出根據本發(fā)明基于靜電力觸覺再現(xiàn)裝置提出的正/負周期性震蕩信號產生靜電場過程圖，在透明導電極板10602上輸入正/負周期性震蕩信號V (t)時，透明導電極板上將交替布滿正/負電荷，如圖9(A)中的時刻，透明導電極板上帶正電荷，在庫侖力的吸引作用下，透明絕緣薄膜10601下表面布滿了負電荷，而上表面分布著正電荷，形成一個小型電場，當人的手指觸碰透明絕緣薄膜的上表面時，手指的皮膚感應負電荷。圖9(B)是示出隨著導透明電極板10602的輸入信號V (t)正/負周期性振蕩，透明絕緣薄膜10601內的電荷周期性“跳躍”，導致手指的皮膚上同時聚集了正/負電荷。圖9(C)是示出輸入信號V (t)的電壓幅值由負電壓變?yōu)樨撾妷汉?，透明導電極板10602均勻分布負電荷時，引起透明絕緣薄膜10601下表面聚集了正電荷，上表面分布著負電荷。手指接觸絕緣體上表面時，由庫侖力的相互作用，指尖上攜帶了正電荷。綜上所述，輸入正弦波信號V (t)施加于導電極板，絕緣薄膜內部正負電荷周期性“跳躍”，從而產生一個周期性振蕩電場。當手指觸摸觸覺力反饋面板時，手指因電荷感應而周期性攜帶正負電荷，電荷間庫侖力相互作用，使手指感知觸覺力作用。圖IO(A)-(B)是示出本發(fā)明基于靜電力觸覺再現(xiàn)裝置，電荷間的庫侖力相互作用產生觸覺力的過程圖，當電壓峰值足夠大的正/負周期震動信號V (t)作用于透明導電極板10602時，由于庫侖力的作用，在手指感知到透明絕緣薄膜10601吸引力Fe的作用，F(xiàn)e的強弱與手指上的感應電荷多少有關，也是與驅動信號的電壓幅度有關。感應吸引力Fe的大小在圖10(A)中用實心箭頭表示。
圖10(B)表示了手指感知吸引力及手指移動時與透明絕緣薄膜表面產生的摩擦力。吸引力Fe的大小與輸入信號V (t)的電壓幅值有關，故摩擦力也隨輸入信號V (t)周期性變化，導致手指上皮膚變形也是周期性的。圖11是示出靜電力觸覺再現(xiàn)面板產生觸覺力的流程圖，首先在玻璃底板與透明絕緣薄膜的之間的透明導電極板施加驅動信號v(t) 1101，當人的手指在靜電力觸覺再現(xiàn)交互屏表面滑動時，吸引力Fe與摩擦力Fr的周期性變化使手指與觸摸表面的皮膚發(fā)生變形，產生觸覺反饋1102，使人感知視覺對象的紋理變化。一種基于本發(fā)明靜電力觸覺再現(xiàn)裝置的靜電觸覺再現(xiàn)原理如下
一.在導電極板上輸入峰值足夠大的正/負電壓周期振蕩信號，導電極板上將交替布
滿正/負電荷。當信號幅值為正電壓時，透明導電極板上布滿了正電荷，由于庫侖力的吸引作用，透明絕緣體薄膜的下表面分布著負電荷，而上表面分布著正電荷。當人的手指接觸透明絕緣體薄膜的上表面時，手指皮膚感應負電荷。二.當信號幅值為負電壓時，導電極板上帶負電荷，由于庫侖力的吸引作用，絕緣體薄膜的下表面布滿了正電荷，而上表面分布著負電荷。當人的手指觸摸透明絕緣體薄膜的上表面時，手指的皮膚感應正電荷。三.隨著輸入信號的周期振蕩，透明絕緣薄膜內的電荷周期性“跳躍”，導致手指皮膚上同時聚集正/負電荷。四.在靜電力觸覺再現(xiàn)面板上施加驅動信號后，若手指觸碰靜電力觸覺再現(xiàn)面板，由于電荷間庫侖力相互作用，手指會感覺到有吸引力的作用。此時，手指在靜電力觸覺再現(xiàn)面板上表面滑動，將產生手指與靜電力觸覺再現(xiàn)面板上表面間的摩擦力。五.驅動信號與觸覺的關系，手指觸覺感知取決于驅動信號的變化，因為電信號的幅度和頻率變化時，手指皮膚的變形發(fā)生變化，人感知的觸覺也在變化。靜電力觸覺再現(xiàn)面板可以抽象為一個平行板電容器，對手指產生的觸覺力的大小可用以下公式近似得到
其中，％、4為常數(shù)，d為兩平行板間的距離。然而，該公式僅表征了力的大小，僅與電壓信號的幅度有關。但是，在實際中觸覺并不僅是單純的力，更是一種細膩的感覺，觸覺的再現(xiàn)也與電壓的頻率有密切關系。經過實際測試，在高頻時，電壓幅度的增加會給人更強的柔滑的感覺，在低頻時，電壓幅度的增加會給人更強的粘性的感覺。驅動信號與觸覺的關系是非線性的，且受多種因素的影響。同時，由于每個人的感覺是千差萬別的，涉及到了生理學、心理學等多方面因素，屬于交叉前沿技術。采用以下方法協(xié)調人的感知，首先記錄當電壓幅度一定時，不同的頻率變化所給人的感覺的體驗；再記錄當電壓頻率一定時，不同的幅度變化所給人的感覺的體驗。由于每個人的個體生理差異，需要對多個人進行測試，建立一個數(shù)據庫，由其中的數(shù)據，利用統(tǒng)計學的方法，通過模式識別的相關理論，采用人工神經網絡的處理辦法，建立一個網絡系統(tǒng)，通過學習與訓練，使其具有自適應與自組織能力，從而抽象出兩者之間的關系模型，進而更加真實的再現(xiàn)觸覺力。
權利要求
1.一種基于靜電力觸覺再現(xiàn)的裝置，其特征在于包括 (1)靜電力觸覺再現(xiàn)交互屏，包括光學傳感單元、靜電力觸覺再現(xiàn)面板、LCD顯示面板，用于用戶對靜電力觸覺再現(xiàn)裝置的交互操作， (2)手指軌跡跟蹤單元，包括處理器及通信接口，用于獲取圖像信息后，計算出手指的位置坐標； (3)靜電力觸覺再現(xiàn)控制器由處理單元、存儲器、輸出接口、USB通信接口、驅動信號輸出接口、驅動控制接口組成，用于實時處理觸覺再現(xiàn)算法，發(fā)射驅動信號，負責與PC機通信，控制整個系統(tǒng)的工作； (4)信號驅動單元，由程控增益放大器組成，用于放大輸出信號，驅動靜電力觸覺再現(xiàn)面板工作； (5)PC機，具有USB接口的普通計算機。
2.根據權利要求I所述的一種基于靜電力觸覺再現(xiàn)裝置，其特征在于靜電力觸覺再現(xiàn)交互屏結構是；LCD顯示面板與PC機通信、用于顯示視覺對象；光學傳感單元與手指軌跡跟蹤單元連接、用于實時獲取手指位置檢測圖像；靜電力觸覺再現(xiàn)面板與信號驅動單元連接，在驅動信號作用下，實現(xiàn)觸覺再現(xiàn)功能。
3.根據權利要求I所述的一種基于靜電力觸覺再現(xiàn)裝置，其特征在于手指軌跡跟蹤單元與光學傳感單元連接，實時獲取四個紅外攝像頭的成像信息，根據設定圖像處理算法計算出手指的位置坐標，通過位置檢測接口將手指位置坐標信息發(fā)送給靜電力觸覺再現(xiàn)控制器。
4.根據權利要求I所述的一種基于靜電力觸覺再現(xiàn)裝置，其特征在于靜電力觸覺再現(xiàn)面板由透明絕緣薄膜、透明導電極板、玻璃底板組成，透明導電極板是通過噴鍍的方法鍍到玻璃底板上，透明絕緣薄膜粘合到透明導電極板上；給透明導電極板施加一定幅值電壓與一定頻率的驅動信號時，透明絕緣薄膜中的電子在庫侖力的作用下脫離原子核的束縛，并且均勻排列在透明絕緣薄膜的下層，正電荷均勻分布在透明絕緣薄膜的上層，形成一個小型電場，手指觸摸透明絕緣體薄膜的上表面，皮膚會感應電荷，當驅動信號電壓或者頻率變化時，手指感知不同觸覺。
5.根據權利要求I所述的基于靜電力觸覺再現(xiàn)裝置，其特征在于靜電力觸覺再現(xiàn)控制器結構是處理單元與存儲器連接，用于存儲圖像、算法程序等信息；處理單元通過信號增益控制接口控制信號驅動單元的放大倍數(shù)；處理單元控制D/A轉換器產生特定電壓幅度與頻率的驅動信號；處理單元通過位置檢測接口控制手指軌跡跟蹤單元工作，以及接收位置坐標信息；處理單元通過USB通信接口與PC機通信。
6.根據權利要求I所述的基于靜電力觸覺再現(xiàn)裝置，其特征在于信號驅動單元，通過D/A轉換器接收驅動信號，與信號增益控制接口接收增益放大倍數(shù)信號，由程控增益放大器實時放大驅動信號，作用于透明導電極板，使靜電力觸覺再現(xiàn)面板工作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于靜電力觸覺再現(xiàn)的裝置，屬于觸覺再現(xiàn)裝置。包括靜電力觸覺再現(xiàn)交互屏、手指軌跡跟蹤單元、靜電力觸覺再現(xiàn)控制器、信號驅動單元、PC機。由手指軌跡跟蹤單元檢測手指位置，映射出視覺對象在該位置的觸覺力表示方法；再根據電信號與觸覺力的對應關系，生成表示該觸覺力的電信號參量，輸出驅動信號，放大驅動信號，作用于靜電力觸覺再現(xiàn)交互屏，引起手指皮膚形變而感知吸附和排斥，從而實現(xiàn)觸覺的再現(xiàn)。優(yōu)點在于成本低、靈活性高、適用性強，可以在小型移動終端上實現(xiàn)觸覺再現(xiàn)功能。
文檔編號G06F3/042GK102662477SQ201210143828
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月10日 優(yōu)先權日2012年5月10日
發(fā)明者伍榮福, 孫曉穎, 溫泉, 燕學智, 王慶龍, 王波, 陳建 申請人:孫曉穎