一种基于静电力触觉再现的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于静电力触觉再现的装置，属于触觉再现装置。包括：静电力触觉再现交互屏、手指轨迹跟踪单元、静电力触觉再现控制器、信号驱动单元、PC机。由手指轨迹跟踪单元检测手指位置，映射出视觉对象在该位置的触觉力表示方法；再根据电信号与触觉力的对应关系，生成表示该触觉力的电信号参量，输出驱动信号，放大驱动信号，作用于静电力触觉再现交互屏，引起手指皮肤形变而感知吸附和排斥，从而实现触觉的再现。优点在于：成本低、灵活性高、适用性强，可以在小型移动终端上实现触觉再现功能。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于一种触觉再现装置。
技术介绍
高效自然的触觉再现技术能够加强虚拟现实的沉浸感和真实感，能够提供更为真实和直接的交互体验，将人类与虚拟世界的交流推向一个新的阶段，是目前虚拟现实领域的热点。触觉再现技术在科学教育、工业设计、盲人看图、远程医疗等起到重要的辅助作用。目前，触觉再现技术大多是基于机械力的，比较典型的装置有日本YasushiIkei等人研制的针型接触式阵列，日本东京农业科技大学的Naoya Asamura等人研制的气体压力触觉再现装置，日本Takaaki Nara等人研制的基于锯齿表面的触觉再现装置，但是由于设备笨重很难在日常是生活中应用推广，静电触觉再现技术目前被普遍认为是实现触觉再现系统小型化的最主要方式，是触觉再现领域的最新技术。 2011 年 Ivan Poupyrev 等在题为 “Electrovibration for Touch Surfaces，，的美国专利US 2011/0285667 Al中公开了一种基于电震动的触觉再现交互技术，采用电荷感应，在库仑力的相互作用，使人感知触觉的再现，介绍了触觉交互屏的工作原理，并不是一个完整的触觉再现装置。2011年Kajimoto Hiroyuki等在题为“Electrical StimulationDevice and Electrical Stimulation Method，，的日本专利 WO 2011/155089 Al 中公开了一种基于电刺激的装置和电刺激的方法，但系统庞大复杂，难以小型化，适用性差。
技术实现思路
本技术提供一种基于静电力触觉再现的装置。本技术采取的技术方案是包括(I)静电力触觉再现交互屏，包括光学传感单元、静电力触觉再现面板、IXD显示面板，用于用户对静电力触觉再现装置的交互操作，( 2 )手指轨迹跟踪单元，包括处理器及通信接口，用于获取图像信息后，计算出手指的位置坐标；(3)静电力触觉再现控制器由处理单元、存储器、输出接口、USB通信接口、驱动信号输出接口、驱动控制接口组成，用于实时处理触觉再现算法，发射驱动信号，负责与PC机通信，控制整个系统的工作；(4)信号驱动单元，由程控增益放大器组成，用于放大输出信号，驱动静电力触觉再现面板工作；(5) PC机，具有USB接口的普通计算机。本技术所述的静电力触觉再现交互屏结构是；LCD显示面板与PC机通信、用于显示视觉对象；光学传感单元与手指轨迹跟踪单元连接、用于实时获取手指位置检测图像；静电力触觉再现面板与信号驱动单元连接，在驱动信号作用下，实现触觉再现功能。本技术所述的手指轨迹跟踪单元与光学传感单元连接，实时获取四个红外摄像头的成像信息，根据设定图像处理算法计算出手指的位置坐标，通过位置检测接口将手指位置坐标信息发送给静电力触觉再现控制器。本技术所述的静电力触觉再现面板由透明绝缘薄膜、透明导电极板、玻璃底板组成，透明导电极板是通过喷镀的方法镀到玻璃底板上，透明绝缘薄膜粘合到透明导电极板上；给透明导电极板施加一定幅值电压与一定频率的驱动信号时，透明绝缘薄膜中的电子在库仑力的作用下脱离原子核的束缚，并且均匀排列在透明绝缘薄膜的下层，正电荷均匀分布在透明绝缘薄膜的上层，形成一个小型电场，手指触摸透明绝缘体薄膜的上表面，皮肤会感应电荷，当驱动信号电压或者频率变化时，手指感知不同触觉。本技术所述的静电力触觉再现控制器结构是处理单元与存储器连接，用于存储图像、算法程序等信息；处理单元通过信号增益控制接口控制信号驱动单元的放大倍数；处理单元控制D/A转换器产生特定电压幅度与频率的驱动信号；处理单元通过位置检测接口控制手指轨迹跟踪单元工作，以及接收位置坐标信息；处理单元通过USB通信接口与PC机通信。 本技术所述的信号驱动单元，通过D/A转换器接收驱动信号，与信号增益控制接口接收增益放大倍数信号，由程控增益放大器实时放大驱动信号，作用于透明导电极板，使静电力触觉再现面板工作。本技术的优点在于采用静电的库仑力作用实现触觉再现，装置成本低、灵活性高、适用性强，可以在小型移动终端上实现触觉再现功能。附图说明图I是本技术的整体框图；图2是本技术的静电力触觉再现控制器框图；图3是本技术的静电力触觉再现控制器工作流程图；图4(A)是本技术静电力触觉再现面板的结构示意图；图4(B)是本技术静电力触觉再现面板的结构截面图；图5是本技术光学传感单元安装及手指轨迹跟踪单元原理框图；图6是本技术手指轨迹跟踪单元的工作流程图；图7是本技术的信号驱动单元原理框图；图8是本技术静电力触觉再现的基本原理图；图9(A)是作用于导电极板的驱动信号为正电压时，静电力触觉再现面板与手指的电荷分布情况；图9(B)是作用于导电极板的驱动信号由正电压变为负电压时，静电力触觉再现面板与手指的电荷分布情况；图9(C)是作用于导电极板的驱动信号为负电压时，静电力触觉再现面板与手指的电荷分布情况；图10(A)是作用于静电力触觉再现面板上的手指产生吸引力的情况；图10(B)是示出手指与静电力触觉再现面板产生摩擦力的情况；图11是静电力触觉再现面板产生触觉力的流程图。具体实施方式包括(I)静电力触觉再现交互屏108，包括光学传感单元105、静电力触觉再现面板106、IXD显示面板107，用于用户对静电力触觉再现装置的交互操作，(2)手指轨迹跟踪单元102，包括了处理器10201及通信接口 10202，用于获取图像信息后，计算出手指的位置坐标；(3)静电力触觉再现控制器103由处理单元201、存储器202、位置检测接口 203、D/A转换器204，信号增益控制接口 205，USB通信接口 206，用于实时处理触觉再现算法，发射驱动信号，负责与PC机101通信，控制整个系统的工作；(4)信号驱动单元104，由程控增益放大器组成,用于放大输出信号,驱动静电力触觉再现面板工作； (5) PC机101，具有USB接口的普通计算机。本技术所述的静电力触觉再现交互屏结构是；IXD显示面板107与PC机101通信、用于显示视觉对象；光学传感单元105与手指轨迹跟踪单元102连接、用于实时获取手指位置检测图像；静电力触觉再现面板106与信号驱动单元104连接，在驱动信号作用下，实现触觉再现功能。本技术所述的手指轨迹跟踪单元102与光学传感单元105连接，实时获取四个红外摄像头10502的成像信息，根据设定图像处理算法计算出手指的位置坐标，通过位置检测接口 203将手指位置坐标信息发送给静电力触觉再现控制器。本技术所述的静电力触觉再现面板由透明绝缘薄膜10601、透明导电极板10602、玻璃底板10603组成，透明导电极板是通过喷镀的方法镀到玻璃底板上，透明绝缘薄膜通过粘合剂10604粘合到透明导电极板上；给透明导电极板施加一定幅值电压与一定频率的驱动信号时，透明绝缘薄膜中的电子在库仑力的作用下脱离原子核的束缚，并且均匀排列在透明绝缘薄膜的下层，正电荷均匀分布在透明绝缘薄膜的上层，形成一个小型电场，手指触摸透明绝缘体薄膜的上表面，皮肤会感应电荷，当驱动信号电压或者频率变化时，手指感知不同触觉。本技术所述的静电力触觉再现控制器结构是处理单元201与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于静电力触觉再现的装置，其特征在于：包括：（1）静电力触觉再现交互屏，包括光学传感单元、静电力触觉再现面板、LCD显示面板，用于用户对静电力触觉再现装置的交互操作，（2）手指轨迹跟踪单元，包括处理器及通信接口，用于获取图像信息后，计算出手指的位置坐标；（3）静电力触觉再现控制器由处理单元、存储器、输出接口、USB通信接口、驱动信号输出接口、驱动控制接口组成，用于实时处理触觉再现算法，发射驱动信号，负责与PC机通信，控制整个系统的工作；（4）信号驱动单元，由程控增益放大器组成，用于放大输出信号，驱动静电力触觉再现面板工作；（5）PC机，具有USB接口的普通计算机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓颖，伍荣福，王庆龙，燕学智，陈建，王波，温泉，
申请(专利权)人：孙晓颖，
类型：实用新型
国别省市：