[发明专利]一种虚拟实验平台的热触觉再现装置

说明书

本发明提出了一种虚拟实验平台的热触觉再现装置，包括制热模块、定位模块和控制模块，定位模块包括导轨装置、第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠，导轨装置包括第一导轨、第二导轨和第三导轨，第一导轨上设有用于驱动第一滚珠丝杠转动的第一步进电机，第三导轨上设有用于驱动第二滚珠丝杠转动的第二步进电机；制热模块包括从上往下依次设置的PTC发热体、散热风扇和移动滑块，第二滚珠丝杠贯穿移动滑块；控制模块可通过控制第一步进电机、第二步进电机使制热模块在XY平面上移动，同时控制PTC发热体、散热风扇工作。本发明通过PTC发热体放出热气来复现真实情况下，实验中放热物体产生的热量对人体皮肤的刺激，通过非接触式热感知达到再现热触觉的效果。

技术领域

本发明属于虚拟现实触觉再现领域，具体涉及了一种虚拟实验平台的热触觉再现装置。

背景技术

虚拟现实技术是能够再现视觉、听觉、触觉、嗅觉的技术，当前的虚拟现实技术主要是在视觉上对现实的虚拟，在触觉方面以力触觉复现为主，在人体能够感受的各种触觉中，如，痛觉、痒觉、滑觉、温觉等，温觉中的温度感知是人体皮肤能够判别不同物体的一个重要依据，是虚拟现实技术不可缺少的一个复现环节。

当前在虚拟现实领域，已有的热触觉再现产品，主要是以数据手套的形式存在，通过给每个手指套加上小型电阻，再给电阻通电流来产生热量，使手指皮肤感受到热量的刺激。针对冷热触觉，市场上还有利用水的导热性来给皮肤提供冷热反馈，如HaptX数据手套，该手套将手上的皮肤划分成非常小的区域，然后针对小的区域进行冷热刺激，能够达到比较高的精度，但是成本非常高，整个手套体积也比较大。在研究领域，使用较多的是半导体制冷片基于帕尔帖原理来产生热量和冷量。当有电流通过时，半导体制冷片一面冷一面热，当皮肤接触对应的面时产生相应的热(冷)触觉感受。现有这些热触觉再现装置，虽然能够很好的提供冷热触觉感受，但是热量有限，而通过电阻丝、电热管来产生热量，会有明火，安全性较低。

可见，目前在虚拟现实领域对热触觉复现应用的方法，都是通过接触发热的物体来感受到热量，进而在虚拟环境下使人产生热触觉。然而现有的这些方法对于虚拟现实技术的沉浸感带来一些问题，因为在虚拟环境下，很多的热量都是通过非接触式产生的，需要的是通过空气介质来传播热量。上述热触觉复现方法中，通过水来制热和制冷，受水的物理特性影响，需要使用到水管、阀门等物体来传输热量，增加了设备的体积和成本；而利用半导体制冷片实现热触觉复现，虽然能够很方便的提供热量，但是热量有限，非接触时的热量不能够满足虚拟实验的需要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种虚拟实验平台的热触觉再现装置，通过PTC发热体放出热气来复现真实情况下，实验中放热物体产生的热量对人体皮肤的刺激，通过非接触式热感知达到再现热触觉的效果。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种虚拟实验平台的热触觉再现装置，包括制热模块、定位模块和控制模块，其中

所述定位模块包括导轨装置、第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠，所述导轨装置包括相对设置的第一导轨、第二导轨和设于第一导轨、第二导轨之间的第三导轨，所述第一导轨的两端分别设有第一支座、第二支座，所述第一滚珠丝杠通过所述第一支座、所述第二支座固定于所述第一导轨上方；所述第二导轨的两端分别设有第三支座、第四支座，所述第三支座与所述第四支座之间设有直线光轴；所述第三导轨的两端分别设有第五支座、第六支座，所述第二滚珠丝杠通过所述第五支座、所述第六支座固定于所述第三导轨上方；所述第一滚珠丝杠贯穿所述第三导轨的一端，所述直线光轴贯穿所述第三导轨的另一端；所述第一导轨上设有用于驱动所述第一滚珠丝杠转动的第一步进电机，所述第三导轨上设有用于驱动所述第二滚珠丝杠转动的第二步进电机；

所述制热模块包括从上往下依次设置的PTC发热体、散热风扇和移动滑块，所述第二滚珠丝杠贯穿所述移动滑块；