[发明专利]一种多热源温度触觉再现装置

说明书

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术中的触觉再现，尤其是一种多热源温度触觉再现装置，该装置可实现远程温度触觉的近端复现，属于测试与控制技术领域。

背景技术

随着虚拟现实技术和交互式遥操作机器人技术的广泛应用，需要大量的触觉再现装置。虚拟现实技术最重要的特点就是“多感知”、“交互性”和“临场感”，因此理想的虚拟现实系统要在这几个方面具有良好的体现。到目前为止，国内外对触觉的研究都主要集中在力触觉上，不断优化的力触觉算法在柔性、纹理触觉复现装置上的应用，使得这些装置能够较好地再现虚拟场景物体的柔性、纹理力触觉特性，而温度触觉在人机交互技术领域的研究尚少。

触觉是人与外界环境直接接触时的重要感觉功能，能识别物体的表面纹理、粗糙度、硬度、温度等特征。温度触觉作为触觉的一种，在人的感知系统中发挥着重要作用，只融入力触觉的虚拟现实系统不能带来完全的临场感和沉浸感。然而，温度触觉的融入，会在触觉建立过程中发挥重要的作用，可以增强虚拟现实系统的临场感和沉浸感，带来更真实的身临其境的感觉。

温度触觉再现技术可以应用于很多领域，如远程手术、空间探测、机器人仿真、工业制造、教育及娱乐等。对温度触觉再现技术的深入研究，将会对电子信息技术的发展起到重要的作用。

目前，国外基于温度触觉再现技术的装置较少，并且大多数是基于单热源的温度触觉再现装置，基于多热源的装置大多为指戴式装置。当虚拟环境或远端真实环境中有多个热源需要再现时，基于单热源的温度触觉再现装置无法同时对它们进行复现，只能分别进行复现，但是这将严重的影响虚拟现实系统的实时性，并且无法在近端体验到对多个热源同时触摸的感觉；指戴式的多热源温度触觉再现装置虽然可以使操作者体验到对多个热源同时触摸的感觉，但是这类装置仅限于用指尖进行触摸感知，用手掌、手臂或其他部位就无法方便地同时对多个热源进行触摸感知和识别。

发明内容

本发明的目的是针对上述温度触觉再现装置的不足，提供一种多热源温度触觉再现装置。该装置可以在一较小的平面上对虚拟环境或远端真实环境下多个点或多个物体同时进行温度触觉再现。

一种多热源温度触觉再现装置，其特征在于：设有温度复现阵列、隔热外壳、导热基板、制冷器、散热器及测控电路，温度复现阵列系由多个相同尺寸的圆柱体电加热发热器件同方向、并行、间隔排列而成，每个圆柱体发热器件上设有热端温度传感器，隔热外壳呈四周设有帽沿的帽罩状，帽身为实心体，但帽身高度设有与圆柱体发热器件数量一致并与圆柱体发热器件排列阵列一一对应的通孔，通孔在帽顶端一侧呈口小内大的阶梯孔，多个圆柱体发热器件置于隔热外壳的相应通孔内，圆柱体发热器件长度大于隔热外壳高度，圆柱体发热器件为中段直径小，两头直径大结构，且两头设置成外小内大的圆柱台阶，圆柱体发热器件一端的小圆柱台阶直径与隔热外壳帽顶端小阶梯孔直径匹配并与隔热外壳帽顶外表面定位、持平，构成触觉平面，大圆柱台阶直径与隔热外壳帽身内的大阶梯孔匹配，导热基板一个表面上设置的与圆柱体发热器件数量一致并与圆柱体发热器件排列阵列一一对应的多个凹槽，圆柱体发热器件另一端的小圆柱台阶直径定位、紧贴在导热基板一个表面上的相应凹槽内，导热基板的另一表面与制冷器的冷端面接触，之间夹设冷端温度传感器，制冷器的热端面紧贴散热器，隔热外壳的帽沿与导热基板及散热器之间通过螺钉固定联接为一体，测控电路含温度复现阵列的加热电路和热端温度反馈及控制电路以及制冷器的制冷电路和冷端温度反馈及控制电路，各个发热器件的热端温度传感器的输出连接热端温度反馈电路，热端温度反馈电路输出连接热端温度控制电路，热端温度控制电路输出连接加热电路，冷端温度传感器输出连接冷端温度反馈电路，冷端温度反馈电路输出连接冷端温度控制电路，冷端温度控制电路输出连接制冷电路。

所说圆柱体电加热发热器件系在金属柱体表面缠绕电加热丝，之间夹设紧贴于金属柱体表面的热端温度传感器，导热基板与制冷器的冷端面接触的表面设有从中心到边缘的一条凹槽，凹槽内放置冷端温度传感器，制冷器采用半导体制冷器，由通有直流电的P-N结构成，具有冷、热两个端面。

所说触觉平面上温度复现阵列的排列图形按人体包括手指、手掌、手臂触摸方便设计。

本发明的优点及显著效果：

1、操作者可以通过该多热源温度触觉再现装置对虚拟环境或远端真实环境下多个点或多个物体同时进行温度触觉再现，使其产生温度触觉临场感、沉浸感；