[发明专利]融合静电力、空气压膜和机械振动的触觉再现方法与装置

说明书

本发明涉及一种融合静电力、空气压膜和机械振动的触觉再现方法与装置，属于人机交互与人工智能领域。通过建立图像梯度、曲率和高度特征与触觉驱动信号幅度和频率参数之间的映射模型实现视觉对象轮廓、纹理和粗糙度的同时触觉再现，实现触觉再现的装置包括交互单元、处理单元和驱动单元。优点是：充分利用静电力触觉反馈可增加切向摩擦力，空气压膜触觉反馈可减小切向摩擦力，机械振动触觉反馈可提供法向反馈维度的特性，提供了静电力、空气压膜和机械振动相融合的触觉再现装置，实现了触摸屏上触觉反馈力动态范围和维度的同时扩展，显著提升了触摸屏上触觉再现的真实性与丰富性。

技术领域

本发明涉及一种融合静电力、空气压膜和机械振动的触觉再现装置与方法，属于人机交互与人工智能领域。

背景技术

具有触觉再现功能的智能手机、平板电脑等在医疗卫生、电子商务、教育娱乐、视障人群等具有广泛应用前景。通过触觉再现技术，利用裸指触摸多媒体终端屏幕可感知被显示物体的形状、纹理、粗糙度、柔韧性等表面属性，极大地提高了交互过程的真实感与交互体验的丰富性。在触觉再现设备中，触觉反馈力的动态范围和维度、触觉感知方法是决定触摸屏上视觉对象触觉再现真实感的两个关键因素。

以提高触觉再现真实感为目标，目前可在触摸屏上实现触觉再现的装置和方法主要有机械振动式、空气压膜式和静电力式。

机械振动触觉再现通过控制线性马达等使装置振动刺激操作者手指来呈现触感。论文“Active click:tactile feedback for touch panels”将音圈振动器用于移动电话和PDA，通过单一频率振动产生触觉反馈；论文“SemFeel:A user interface withsemantic tactile feedback for mobile touch-screen devices”通过嵌入手机后端的5个电机改变振动模式实现不同形状的触觉再现；论文“Vibrotactile display pad withspatial and directional information for hand-held device”将由12个振动嵌板组成的触觉显示板用于智能手机；中国专利“基于高压电特性陶瓷材料的振动装置”(申请号201620476481.8)公开了一种基于压电陶瓷的振动触觉反馈装置；论文“Modeling andsynthesis of tactile texture with spatial spectrograms for display onvariable friction surfaces”通过纹理集合实时地合成振动信号实现了图像纹理信息的触觉再现。

空气压膜触觉再现通过在触摸屏上施加高频振动产生空气薄膜以减小切向摩擦力，使操作者感知触觉纹理。论文“A method for controlling tactile sensation ofsurface roughness using ultrasonic vibration”设计了第一个空气压膜触觉再现装置，使操作者感受到了表面摩擦力的变化；美国专利“Electronic device having tactiledisplay using squeeze film effect”(申请号：US 2013/0321299A1)以及论文“Frictionmeasurements on a large area TPaD”公开了一种基于空气压膜触觉再现的装置与方法，通过在屏幕与手指之间形成的空气膜来减小手指受到的摩擦力；论文“TPadFire:surfacehaptic tablet”将前述成果集成到便携终端TPaD Fire上，可在玻璃表面上呈现出可定制的纹理；论文“Localized haptic texture:arendering technique based on taxels forhigh density tactile feedback”提出了一种局部纹理的触觉再现方法，采用局部网格编码技术实现了局部纹理的触觉再现。