一种自感知触觉驱动器结构、触觉反馈系统及穿戴设备技术方案

本发明专利技术公开了一种自感知触觉驱动器结构、触觉反馈系统及穿戴设备，属于触觉反馈技术领域，能够解决现有穿戴设备人机交互性较差，容易引起佩戴者的不适的问题。所述结构包括：表面薄膜和通道层；通道层上具有第一通孔和第一通道；第一通道与外部气源连接；还包括第一电极层、第一传感层、中间层、第二传感层和第二电极层；第一电极层和第二电极层均包括检测部分和连接部分，检测部分的形状尺寸与第一通孔相同，连接部分与外部检测装置连接；中间层上具有第二通孔和第二通道，第二通孔的形状尺寸与第一通孔相同；表面薄膜、通道层、第一电极层、第一传感层、中间层、第二传感层、第二电极层及限制层依次粘接。本发明专利技术用于穿戴设备。本发明专利技术用于穿戴设备。本发明专利技术用于穿戴设备。

【技术实现步骤摘要】
一种自感知触觉驱动器结构、触觉反馈系统及穿戴设备


[0001]本专利技术涉及一种自感知触觉驱动器结构、触觉反馈系统及穿戴设备，属于触觉反馈


技术介绍

[0002]随着科技的发展，虚拟现实、增强现实和遥操作等技术为操作者提供了丰盛的视觉、听觉体验，但是只有视觉和听觉无法完全还原现实场景中的真实感，无法将机械手与目标物体或虚拟现实、增强现实中与目标物体的接触所获得的物理信息，比如接触力、摩擦力以及物体的形状、纹理、硬度、湿度以及温度等物理信息，真实、及时地还原给操作者，进而导致操作者的体验不够真实。只有提供触觉反馈，才能进一步提高操作者的沉浸感和临场感，触觉能够给大脑提供更多的线索用以重现真实感。
[0003]现有的提供触觉反馈的穿戴设备中，一般采用电机的牵引、压电陶瓷产生的位移来实现与物体的接触力的反馈，上述方案中不仅仅存在结构复杂、体积庞大以及难以实现高分辨率的反馈以及控制较为困难等问题，而且难以做到实时监测驱动器作用于人体皮肤上的力的大小，并且穿戴后人机交互性较差，容易引起佩戴者的不适。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种自感知触觉驱动器结构、触觉反馈系统及穿戴设备，能够解决现有穿戴设备难以实时监测驱动器作用于人体皮肤上的力的大小，并且穿戴后人机交互性较差，容易引起佩戴者的不适的问题。
[0005]一方面，本专利技术提供了一种自感知触觉驱动器结构，包括依次叠层设置的驱动单元、传感单元和限制层；
[0006]所述驱动单元包括表面薄膜和通道层；所述通道层上具有第一通孔和与所述第一通孔连通的第一通道；所述第一通道与外部气源连接；
[0007]所述传感单元包括第一电极层、第一传感层、中间层、第二传感层和第二电极层；所述第一电极层和所述第二电极层均包括检测部分和连接部分，所述检测部分的形状尺寸与所述第一通孔相同、且位于所述第一通孔的正下方，所述连接部分与外部检测装置连接；所述中间层上具有第二通孔和与所述第二通孔连通的第二通道，所述第二通孔的形状尺寸与所述第一通孔相同；所述第二通道与外界空气相通；
[0008]所述限制层为模量大于硅胶的薄膜；
[0009]所述表面薄膜、所述通道层、所述第一电极层、所述第一传感层、所述中间层、所述第二传感层、所述第二电极层及所述限制层依次粘接；
[0010]所述第一传感层、所述第二传感层以及所述中间层贴合后形成的空腔与所述第一电极层形状一致，且位于所述第一电极层的正下方。
[0011]可选的，所述第一电极层与所述第二电极层完全相同。
[0012]可选的，所述第一传感层与所述第二传感层完全相同。
[0013]可选的，所述第一传感层和所述第二传感层相互靠近的表面上均具有微结构；所述微结构用于增大所述第一电极层与所述第二电极层之间电容值的变化区间和变化灵敏度。
[0014]可选的，所述第一传感层和所述第二传感层由硅胶与碳纳米管混合后浇筑而成。
[0015]可选的，所述第一传感层的表面具有预应力。
[0016]可选的，所述通道层由硅胶浇筑而成。
[0017]可选的，所述第一通孔为圆形、圆角矩形、椭圆形或方形。
[0018]可选的，所述通道层具有多个第一通孔，所述中间层具有与所述第一通孔位置、形状相同的多个通孔气腔，所述第一电极层、所述第二电极层上具有与每个所述第一通孔形状所对应的子电极，多个所述子电极按预设规则阵列布置。
[0019]可选的，所述表面薄膜由弹性材料制备而成。
[0020]可选的，所述表面薄膜由硅胶制备而成。
[0021]可选的，所述第一电极层由柔性导电胶带或柔性导电聚合物薄膜加工制成；
[0022]或者，所述第一电极层通过溅射金银或导电纳米粒子制备而成。
[0023]可选的，所述中间层由弹性材料制备而成。
[0024]可选的，所述中间层由硅胶制备而成。
[0025]另一方面，本专利技术提供了一种触觉反馈系统，包括一个或多个如上述任一种所述的自感知触觉驱动器结构；
[0026]当所述自感知触觉驱动器结构为多个时，多个所述自感知触觉驱动器结构按预设规则阵列布置。
[0027]可选的，所述触觉反馈系统还包括电控模块；所述电控模块与每个所述自感知触觉驱动器结构电路连接，用于对每个所述自感知触觉驱动器结构进行控制。
[0028]再一方面，本专利技术提供了一种穿戴设备，包括上述任一种所述的触觉反馈系统。
[0029]本专利技术能产生的有益效果包括：
[0030]本专利技术提供的自感知触觉驱动器结构，通过传感层实时监测的电容信息对驱动器进行闭环控制，进而改变驱动器在竖直方向上的输出力与位移大小，使触感更加精准、真实。且该驱动器结构简单、体积小、重量轻，易于集成，穿戴舒适。基于该驱动器设计的可穿戴设备能够大大提高操作者在虚拟现实、增强现实中的真实感，并为操作者在遥操作情境中还原远端机械手与目标物体的接触力，使操作者对作业情况做出及时、正确的判断，提高操作的准确性。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施例提供的自感知触觉驱动器结构的结构示意图；
[0032]图2为本专利技术实施例提供的自感知触觉驱动器结构的剖面结构示意图；
[0033]图3为本专利技术实施例提供的自感知触觉驱动器结构中表面薄膜结构示意图；
[0034]图4为本专利技术实施例提供的自感知触觉驱动器结构中通道层结构示意图；
[0035]图5为本专利技术实施例提供的自感知触觉驱动器结构中第一电极层结构示意图；
[0036]图6为本专利技术实施例提供的自感知触觉驱动器结构中第一传感层结构示意图；
[0037]图7为本专利技术实施例提供的自感知触觉驱动器结构中中间层结构示意图；
[0038]图8为本专利技术实施例提供的自感知触觉驱动器结构中限制层结构示意图；
[0039]图9为本专利技术实施例提供的自感知触觉驱动器结构在充气状态下的剖面结构示意图；
[0040]图10为本专利技术实施例提供的自感知触觉驱动器结构的电容值与输出力关系示意图；
[0041]图11为本专利技术实施例提供的自感知触觉驱动器结构的控制示意图；
[0042]图12为本专利技术另一实施例提供的自感知触觉驱动器结构中第一传感层结构示意图；
[0043]图13为本专利技术另一实施例提供的自感知触觉驱动器结构中第一传感层结构示意图。
[0044]部件和附图标记列表：
[0045]1、表面薄膜；2、通道层；21、第一通孔；22、第一通道；3、第一电极层；31、检测部分；32、连接部分；4、第一传感层；41、微结构；42、薄膜夹具；5、中间层；51、第二通孔；52、第二通道；6、第二传感层；7、第二电极层；8、限制层。
具体实施方式
[0046]下面结合实施例详述本专利技术，但本专利技术并不局限于这些实施例。
[0047]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自感知触觉驱动器结构，其特征在于，包括依次叠层设置的驱动单元、传感单元和限制层；所述驱动单元包括表面薄膜和通道层；所述通道层上具有第一通孔和与所述第一通孔连通的第一通道；所述第一通道与外部气源连接；所述传感单元包括第一电极层、第一传感层、中间层、第二传感层和第二电极层；所述第一电极层和所述第二电极层均包括检测部分和连接部分，所述检测部分的形状尺寸与所述第一通孔相同、且位于所述第一通孔的正下方，所述连接部分与外部检测装置连接；所述中间层上具有第二通孔和与所述第二通孔连通的第二通道，所述第二通孔的形状尺寸与所述第一通孔相同；所述第二通道与外界空气相通；所述限制层为模量大于硅胶的薄膜；所述表面薄膜、所述通道层、所述第一电极层、所述第一传感层、所述中间层、所述第二传感层、所述第二电极层及所述限制层依次粘接；所述第一传感层、所述第二传感层以及所述中间层贴合后形成的空腔与所述第一电极层形状一致，且位于所述第一电极层的正下方。2.根据权利要求1所述的自感知触觉驱动器结构，其特征在于，所述第一电极层与所述第二电极层完全相同；优选的，所述第一传感层与所述第二传感层完全相同。3.根据权利要求1所述的自感知触觉驱动器结构，其特征在于，所述第一传感层和所述第二传感层相互靠近的表面上均具有微结构；所述微结构用于增大所述第一电极层与所述第二电极层之间电容值的变化区间和变化灵敏度；优选的，所述第一传感层和所述第二传感层由硅胶与碳纳米管混合后浇筑而成。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏飞，于猛，程祥，曹莹泽，彭世刚，王皓宇，李振，冯相超，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：