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(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于一種觸覺再現(xiàn)裝置。
背景技術(shù)：
高效自然的觸覺再現(xiàn)技術(shù)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(lǐng)域的熱點。觸覺再現(xiàn)技術(shù)在科學(xué)教育、工業(yè)設(shè)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(shù)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(nóng)業(yè)科技大學(xué)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(shè)備笨重很難在日常是生活中應(yīng)用推廣，靜電觸覺再現(xiàn)技術(shù)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(lǐng)域的最新技術(shù)。 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(shù)，采用電荷感應(yīng)，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(fù)雜，難以小型化，適用性差。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供一種基于靜電力觸覺再現(xiàn)的裝置。本實用新型采取的技術(shù)方案是包括(I)靜電力觸覺再現(xiàn)交互屏，包括光學(xué)傳感單元、靜電力觸覺再現(xiàn)面板、IXD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(qū)動信號輸出接口、驅(qū)動控制接口組成，用于實時處理觸覺再現(xiàn)算法，發(fā)射驅(qū)動信號，負責與PC機通信，控制整個系統(tǒng)的工作；(4)信號驅(qū)動單元，由程控增益放大器組成，用于放大輸出信號，驅(qū)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。本實用新型所述的靜電力觸覺再現(xiàn)交互屏結(jié)構(gòu)是；LCD顯示面板與PC機通信、用于顯示視覺對象；光學(xué)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(qū)動單元連接，在驅(qū)動信號作用下，實現(xiàn)觸覺再現(xiàn)功能。本實用新型所述的手指軌跡跟蹤單元與光學(xué)傳感單元連接，實時獲取四個紅外攝像頭的成像信息，根據(jù)設(shè)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。本實用新型所述的靜電力觸覺再現(xiàn)面板由透明絕緣薄膜、透明導(dǎo)電極板、玻璃底板組成，透明導(dǎo)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(dǎo)電極板上；給透明導(dǎo)電極板施加一定幅值電壓與一定頻率的驅(qū)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(yīng)電荷，當驅(qū)動信號電壓或者頻率變化時，手指感知不同觸覺。本實用新型所述的靜電力觸覺再現(xiàn)控制器結(jié)構(gòu)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(qū)動單元的放大倍數(shù)；處理單元控制D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生特定電壓幅度與頻率的驅(qū)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。 本實用新型所述的信號驅(qū)動單元，通過D/A轉(zhuǎn)換器接收驅(qū)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(qū)動信號，作用于透明導(dǎo)電極板，使靜電力觸覺再現(xiàn)面板工作。本實用新型的優(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是本實用新型的整體框圖；圖2是本實用新型的靜電力觸覺再現(xiàn)控制器框圖；圖3是本實用新型的靜電力觸覺再現(xiàn)控制器工作流程圖；圖4(A)是本實用新型靜電力觸覺再現(xiàn)面板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4(B)是本實用新型靜電力觸覺再現(xiàn)面板的結(jié)構(gòu)截面圖；圖5是本實用新型光學(xué)傳感單元安裝及手指軌跡跟蹤單元原理框圖；圖6是本實用新型手指軌跡跟蹤單元的工作流程圖；圖7是本實用新型的信號驅(qū)動單元原理框圖；圖8是本實用新型靜電力觸覺再現(xiàn)的基本原理圖；圖9(A)是作用于導(dǎo)電極板的驅(qū)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(dǎo)電極板的驅(qū)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(dǎo)電極板的驅(qū)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(chǎn)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(chǎn)生摩擦力的情況；圖11是靜電力觸覺再現(xiàn)面板產(chǎn)生觸覺力的流程圖。
具體實施方式
包括(I)靜電力觸覺再現(xiàn)交互屏108，包括光學(xué)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(zhuǎn)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(qū)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(qū)動單元104，由程控增益放大器組成,用于放大輸出信號,驅(qū)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。本實用新型所述的靜電力觸覺再現(xiàn)交互屏結(jié)構(gòu)是；IXD顯示面板107與PC機101通信、用于顯示視覺對象；光學(xué)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(qū)動單元104連接，在驅(qū)動信號作用下，實現(xiàn)觸覺再現(xiàn)功能。本實用新型所述的手指軌跡跟蹤單元102與光學(xué)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(jù)設(shè)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。本實用新型所述的靜電力觸覺再現(xiàn)面板由透明絕緣薄膜10601、透明導(dǎo)電極板10602、玻璃底板10603組成，透明導(dǎo)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(dǎo)電極板上；給透明導(dǎo)電極板施加一定幅值電壓與一定頻率的驅(qū)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(yīng)電荷，當驅(qū)動信號電壓或者頻率變化時，手指感知不同觸覺。本實用新型所述的靜電力觸覺再現(xiàn)控制器結(jié)構(gòu)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(qū)動單元104的放大倍數(shù)；處理單元控制D/A轉(zhuǎn)換器204產(chǎn)生特定電壓幅度與頻率的驅(qū)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。本實用新型所述的信號驅(qū)動單元104，通過D/A轉(zhuǎn)換器接收驅(qū)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(qū)動信號，作用于透明導(dǎo)電極板，使靜電力觸覺再現(xiàn)面板工作。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述圖I是示出本實用新型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(qū)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(jù)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(jīng)信號驅(qū)動單元104驅(qū)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(jù)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(jù)視覺對象的三維觸覺反饋模型對應(yīng)關(guān)系，推導(dǎo)出視覺對象所對應(yīng)位置觸覺力的表示方法，再根據(jù)電信號與觸覺力模型的映射關(guān)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(qū)動信號。驅(qū)動信號經(jīng)過信號驅(qū)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(jù)本實用新型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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器TLC320AD50C 204與DSP連接產(chǎn)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(qū)動單元104放大驅(qū)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(jù)不同環(huán)境的需求，集成不同的模塊。圖3是示出了根據(jù)本實用新型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(yīng)的紋理力的信號表示方法304，控制D/A轉(zhuǎn)換器輸出特定頻率及幅度的驅(qū)動信號305，控制信號驅(qū)動單元放大驅(qū)動信號306。圖4(A)是示出了根據(jù)本實用新型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(jié)構(gòu)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(dǎo)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(yīng)，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(dǎo)電極板10602與信號驅(qū)動單元連接，是觸覺再現(xiàn)交互板面的電信號驅(qū)動部分。該極板的材料可以為導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電液體、導(dǎo)電膠合物、導(dǎo)電玻璃及ITO等導(dǎo)電物質(zhì)。經(jīng)過比較，選擇了透明導(dǎo)電薄膜ΙΤ0，該薄膜的透光率在90%以上，電阻率介于10_3 10_4Ω · 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(shè)備對導(dǎo)電極板的干擾，擬使用不能導(dǎo)電的透明玻璃平板作為該層底板。圖4(B)是示出根據(jù)本實用新型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(jié)構(gòu)截面圖，靜電力觸覺再現(xiàn)面板的三層結(jié)構(gòu)由下而上分別是玻璃底板10603、透明導(dǎo)電極板10602、透明絕緣薄膜10601。透明導(dǎo)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(dǎo)電極板上。圖5是示出根據(jù)本實用新型基于靜電力觸覺再現(xiàn)裝置提出的光學(xué)傳感單元安裝及手指軌跡跟蹤單元原理框圖。光學(xué)傳感單元105位于靜電力觸覺交互屏的最頂層，光學(xué)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(xué)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(xué)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(jù)本實用新型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(xué)傳感單元獲取圖像信息603，經(jīng)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?！0056]圖7是示出根據(jù)本實用新型基于靜電力觸覺再現(xiàn)裝置提出的信號驅(qū)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(zhuǎn)換器204發(fā)送過來的驅(qū)動信號，在信號增益控制接口 205的控制信號作用下放大驅(qū)動信號，作用于靜電力觸覺再現(xiàn)面板106。圖8是示出根據(jù)本實用新型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(dǎo)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(yīng)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(dǎo)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(jù)本實用新型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(chǎn)生靜電場過程圖，在透明導(dǎo)電極板10602上輸入正/負周期性震蕩信號V(t)時，透明導(dǎo)電極板上將交替布滿正/負電荷，如圖9(A)中的時刻，透明導(dǎo)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(yīng)負電荷。圖9(B)是示出隨著導(dǎo)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(nèi)的電荷周期性“跳躍”，導(dǎo)致手指的皮膚上同時聚集了正/負電荷。圖9 (C)是不出輸入信號V (t)的電壓幅值由負電壓變?yōu)樨撾妷汉?透明導(dǎo)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(dǎo)電極板，絕緣薄膜內(nèi)部正負電荷周期性“跳躍”，從而產(chǎn)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(yīng)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)是示出本實用新型基于靜電力觸覺再現(xiàn)裝置，電荷間的庫侖力相互作用產(chǎn)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(dǎo)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(yīng)電荷多少有關(guān)，也是與驅(qū)動信號的電壓幅度有關(guān)。感應(yīng)吸引力Fe的大小在圖IO(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(chǎn)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(guān)，故摩擦力也隨輸入信號V (t)周期性變化，導(dǎo)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(chǎn)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(dǎo)電極板施加驅(qū)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(chǎn)生觸覺反饋1102，使人感知視覺對象的紋理變化。一種基于本實用新型靜電力觸覺再現(xiàn)裝置的靜電觸覺再現(xiàn)原理如下—.在導(dǎo)電極板上輸入峰值足夠大的正/負電壓周期振蕩信號,導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)負電荷。二.當信號幅值為負電壓時，導(dǎo)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(yīng)正電荷。三.隨著輸入信號的周期振蕩，透明絕緣薄膜內(nèi)的電荷周期性“跳躍”，導(dǎo)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(qū)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(chǎn)生手指與靜電力觸覺再現(xiàn)面板上表面間的摩擦力。五.驅(qū)動信號與觸覺的關(guān)系，手指觸覺感知取決于驅(qū)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(chǎn)生的觸覺力的大小可用以下公式近似得到其中，％、孓為常數(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(guān)。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(guān)系。經(jīng)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(qū)動信號與觸覺的關(guān)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(xué)、心理學(xué)等多方面因素，屬于交叉前沿技術(shù)。采用以下方法協(xié)調(diào)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(jù)庫，由其中的數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計學(xué)的方法，通過模式識別的相關(guān)理論，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的處理辦法，建立一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，使其具有自適應(yīng)與自組織能力，從而抽象出兩者之間的關(guān)系模型，進而更加真實的再現(xiàn)觸覺力 。
權(quán)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(xué)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(qū)動信號輸出接口、驅(qū)動控制接口組成，用于實時處理觸覺再現(xiàn)算法，發(fā)射驅(qū)動信號，負責與PC機通信，控制整個系統(tǒng)的工作； (4)信號驅(qū)動單元，由程控增益放大器組成，用于放大輸出信號，驅(qū)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(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于靜電力觸覺再現(xiàn)的裝置，其特征在于靜電力觸覺再現(xiàn)交互屏結(jié)構(gòu)是；LCD顯示面板與PC機通信、用于顯示視覺對象；光學(xué)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(qū)動單元連接，在驅(qū)動信號作用下，實現(xiàn)觸覺再現(xiàn)功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于靜電力觸覺再現(xiàn)的裝置，其特征在于手指軌跡跟蹤單元與光學(xué)傳感單元連接，實時獲取四個紅外攝像頭的成像信息，根據(jù)設(shè)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(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于靜電力觸覺再現(xiàn)的裝置，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(dǎo)電極板、玻璃底板組成，透明導(dǎo)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(dǎo)電極板上；給透明導(dǎo)電極板施加一定幅值電壓與一定頻率的驅(qū)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(yīng)電荷，當驅(qū)動信號電壓或者頻率變化時，手指感知不同觸覺。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于靜電力觸覺再現(xiàn)的裝置，其特征在于靜電力觸覺再現(xiàn)控制器結(jié)構(gòu)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(qū)動單元的放大倍數(shù)；處理單元控制D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生特定電壓幅度與頻率的驅(qū)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(jù)權(quán)利要求I所述的基于靜電力觸覺再現(xiàn)的裝置，其特征在于信號驅(qū)動單元，通過D/A轉(zhuǎn)換器接收驅(qū)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(qū)動信號，作用于透明導(dǎo)電極板，使靜電力觸覺再現(xiàn)面板工作。
專利摘要本實用新型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(qū)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(jù)電信號與觸覺力的對應(yīng)關(guān)系，生成表示該觸覺力的電信號參量，輸出驅(qū)動信號，放大驅(qū)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G06F3/01GK202694260SQ201220208859
公開日2013年1月23日 申請日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者孫曉穎, 伍榮福, 王慶龍, 燕學(xué)智, 陳建, 王波, 溫泉 申請人:孫曉穎