[发明专利]一种触摸屏用指套式力触觉装置及其反馈控制办法有效
申请号: | 202010504822.9 | 申请日: | 2020-06-05 |
公开(公告)号: | CN111813259B | 公开(公告)日: | 2023-08-22 |
发明(设计)人: | 陈大鹏;刘佳;宋爱国;陈旭 | 申请(专利权)人: | 南京信息工程大学 |
主分类号: | G06F3/041 | 分类号: | G06F3/041;H04W4/80 |
代理公司: | 南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204 | 代理人: | 柏尚春 |
地址: | 210044 江苏*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 触摸屏 指套 触觉 装置 及其 反馈 控制 办法 | ||
本发明公开了一种触摸屏用指套式力触觉装置及其反馈控制办法,该装置主要包括主体框架、执行器、位移传感器、基座、按压板、力传感器等组件;执行器和基座分别位于主体框架的上部和中部,位移传感器固定于主体框架的内部;基座中间设置有手指孔,手指孔的下部放置有按压板和力传感器,基座下部的孔中放置有压电执行器;主体框架下端通过轴承安装有摩擦轮,摩擦轮与直流电机相连,直流电机通过固定套和螺钉固定在主体框架的下部;该装置的反馈控制办法包括精确法向力、振动触觉和侧向力反馈控制办法。该装置能够在触摸屏上再现虚拟物体表面的硬度、摩擦和粗糙度等特征,能够进行多模式力触觉反馈,反馈力大,可模拟人与真实物体交互的过程和感受。
技术领域
本发明涉及一种力触觉装置及其反馈控制办法,更具体地,涉及一种触摸屏用指套式力触觉装置及其反馈控制办法。
背景技术
当人们触觉地探索真实物体表面时,摩擦、硬度和粗糙度是通常能够被感觉到的触觉维度,这些触觉维度对于人感知和理解物体的表面特征起着非常重要的作用。然而,由于智能设备的便携性,已有的面向触摸屏应用的力触觉装置还无法综合地再现虚拟表面的摩擦、硬度和粗糙度等特征,并同时具有小型化、便携、通用和低功耗等特点。近年来,可穿戴式力触觉设备的不断涌现为开发面向触摸屏应用的力触觉接口提供了新的思路,可穿戴式力触觉装置具有体积小、易于携带、舒适和不损害佩戴者的运动等特点,其通过将主体接地的基座移动到尽可能靠近刺激施加点的位置来减小装置的体积和结构复杂度。目前,已有多种类型的手指可穿戴式装置被用于与电脑中显示的虚拟环境进行交互,并为交互提供接触、法向力、侧向力、振动、温度等触觉反馈刺激。然而,由于在追求靠近刺激施加点的过程中,可穿戴式装置逐渐丧失了交互的动觉反馈部分,而仅保留了皮肤触觉部分,因此目前可穿戴装置难以应用于触摸屏交互。同时,现有的可穿戴式装置还普遍存在反馈类型和再现模式单一的问题。
发明内容
发明目的:本发明的目的是
,本发明的另一目的是提供该装置的反馈控制办法。
技术方案:本发明所述一种触摸屏用指套式力触觉装置,包括主体框架、执行器、位移传感器、基座、按压板、力传感器、压电执行器、轴承、摩擦轮、固定套、螺钉、直流电机、盖子和固定带。执行器位于主体框架上部,位移传感器固定在主体框架内部,基座位于主体框架中部,基座中间设置有手指孔,手指孔的下部平台上分别放置有按压板和与其连接的力传感器,基座的下部放置有压电执行器,主体框架下端通过轴承安装有摩擦轮,摩擦轮与直流电机相连,直流电机通过固定套和螺钉固定在主体框架的下部。
其中,主体框架上部设置有用于固定执行器的支撑台,内部设置有用于固定位移传感器的槽,中部设置有用于放置手指的半圆形支撑台,下部设置有用于安装轴承的圆孔和用于放置直流电机的半圆形支架;半圆形支撑台的两侧有与固定带配合的方形支架,用于固定手指;执行器为磁流变泡沫执行器,包括外壳、活塞、线圈、磁流变泡沫和霍尔传感器,线圈绕设在活塞中部凹槽中,霍尔传感器安装在活塞上,磁流变泡沫包裹在活塞的径向外侧,并夹在活塞的外侧和外壳的内壁之间;执行器的外壳固定在主体框架的上部;磁流变泡沫由聚氨酯泡沫饱和吸收磁流变液制成,厚度为0.2~2mm;基座上部设置有与执行器的活塞配合的螺纹孔,下部设置用于放置压电执行器有方形孔,基座的外壁上开有用于放置位移传感器的拨动开关的小孔,能够使拨动开关随着基座同步运动;摩擦轮包括同步带轮和覆盖在同步带轮上的同步带;直流电机包括编码器、电机、齿轮箱和输出轴,同步带轮中部设有与输出轴配合的圆孔,同步带轮与输出轴同步旋转;执行器、位移传感器、力传感器、压电执行器和直流电机通过导线与控制电路相连,控制电路集成在位于手腕上的控制盒内。
本发明所述的触摸屏用指套式力触觉装置的反馈控制方法,反馈精确法向力时包括以下步骤:
(S1)构建执行器的标定平台,利用直流稳压电源、测力计、位置驱动器、示波器和固定装置获得执行器的力-电流关系曲线、力-磁感应强度关系曲线和磁感应强度-电流关系曲线;
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