[发明专利]一种基于超声波聚焦的触觉反馈系统及方法

权利要求书

1.一种基于超声波聚焦的触觉反馈系统，其特征在于：包括超声波传感器阵列、手部位置扫描定位电路、主控制电路、传感器阵列聚焦电路，其中：

(1)超声波传感器阵列由若干个收发一体的超声波传感器构成，用于实现手部位置扫描和超声波阵列聚焦功能；

(2)手部位置扫描电路

包括收发控制电路和多点位置提取电路，收发控制电路用于控制超声波传感器的发射和接收；

多点位置提取电路用于超声波阵列的位置扫描和位置信息的提取，多点位置提取电路根据超声波传感器发射和接收的时间差，完成手部多点位置信息的提取，确定手部位置；

(3)主控制电路

主控制电路包括主控制器、信号发生电路、接口电路，所述主控制器根据手部位置信息，确定超声波聚焦点，根据聚焦点，计算出每个超声波传感器发射超声波的时延，将时延送给相应传感器聚焦驱动电路，并产生同步信号，让各通道同步工作，实现多通道超声波聚焦信号的控制，产生超声波聚焦；

所述信号发生电路包括正弦波、脉冲波、三角波发生电路以及调制电路，用于产生超声波聚焦信号，调制后的信号由传感器阵列聚焦电路发送出去，实现聚焦，产生手部能够感知的声发射力；

(4)传感器阵列聚焦电路

用于完成各通道超声波聚焦信号的驱动及发射延时的控制，包括聚焦通道1～N，每个聚焦通道均包括驱动电路、控制器；

驱动电路实现对超声波聚焦信号的放大，该部分电路同时也用作手部位置扫描的超声波发射电路，只是发射的信号形式和增益不同。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声波聚焦的触觉反馈系统，其特征在于：超声波传感器阵列采用多个收发一体的超声波传感器构成超声波矩形或圆形阵列。

3.根据权利要求2所述的一种基于超声波聚焦的触觉反馈系统，其特征在于：超声波传感器采用压电陶瓷超声波传感器或压电薄膜式超声波传感器，频率为40KHz或者25KHz，传感器的外径小于10mm，超声波传感器可以是直插式，也可以是贴片式。

4.根据权利要求1所述的一种基于超声波聚焦的触觉反馈系统，其特征在于：所述手部位置扫描电路的收发控制电路用于每个超声波传感器的发射与接收手部位置扫描信号，每个超声波传感器对应一个收发控制通道，若有N个超声波传感器，则有N个收发控制通道，每个收发控制通道包括一个超声波接收电路、一个超声波接收电路、一个收发切换电路及一个超声波传感器。

5.一种基于超声波聚焦的触觉反馈方法，其特征在于包括下列步骤：

(1)启动手部位置扫描，确定手部位置坐标；

(2)根据手部位置，确定超声波聚焦点个数K及各聚焦点坐标；

(3)计算各聚焦点与各传感器之间的距离，确定最小距离，并将距离最短的超声波传感器作为参考阵元；

(4)计算聚焦点与各阵元距离与最短距离的距离差，并根据声速计算出相应的时间差，也就是时延值；

(5)按照时延值大小顺序控制对应的超声波传感器发送超声波聚焦信号，参考阵元最后发射超声波聚焦信号；

(6)完成一个聚焦点聚焦后，采用循环的方式，完成K个聚焦点的超声波聚焦。

(7)完成K个聚焦点超声波聚焦后，返回到步骤(1)。