[发明专利]一种自感知触觉驱动器结构、触觉反馈系统及穿戴设备

说明书

本发明公开了一种自感知触觉驱动器结构、触觉反馈系统及穿戴设备，属于触觉反馈技术领域，能够解决现有穿戴设备人机交互性较差，容易引起佩戴者的不适的问题。所述结构包括：表面薄膜和通道层；通道层上具有第一通孔和第一通道；第一通道与外部气源连接；还包括第一电极层、第一传感层、中间层、第二传感层和第二电极层；第一电极层和第二电极层均包括检测部分和连接部分，检测部分的形状尺寸与第一通孔相同，连接部分与外部检测装置连接；中间层上具有第二通孔和第二通道，第二通孔的形状尺寸与第一通孔相同；表面薄膜、通道层、第一电极层、第一传感层、中间层、第二传感层、第二电极层及限制层依次粘接。本发明用于穿戴设备。

技术领域

本发明涉及一种自感知触觉驱动器结构、触觉反馈系统及穿戴设备，属于触觉反馈技术领域。

背景技术

随着科技的发展，虚拟现实、增强现实和遥操作等技术为操作者提供了丰盛的视觉、听觉体验，但是只有视觉和听觉无法完全还原现实场景中的真实感，无法将机械手与目标物体或虚拟现实、增强现实中与目标物体的接触所获得的物理信息，比如接触力、摩擦力以及物体的形状、纹理、硬度、湿度以及温度等物理信息，真实、及时地还原给操作者，进而导致操作者的体验不够真实。只有提供触觉反馈，才能进一步提高操作者的沉浸感和临场感，触觉能够给大脑提供更多的线索用以重现真实感。

现有的提供触觉反馈的穿戴设备中，一般采用电机的牵引、压电陶瓷产生的位移来实现与物体的接触力的反馈，上述方案中不仅仅存在结构复杂、体积庞大以及难以实现高分辨率的反馈以及控制较为困难等问题，而且难以做到实时监测驱动器作用于人体皮肤上的力的大小，并且穿戴后人机交互性较差，容易引起佩戴者的不适。

发明内容

本发明提供了一种自感知触觉驱动器结构、触觉反馈系统及穿戴设备，能够解决现有穿戴设备难以实时监测驱动器作用于人体皮肤上的力的大小，并且穿戴后人机交互性较差，容易引起佩戴者的不适的问题。

一方面，本发明提供了一种自感知触觉驱动器结构，包括依次叠层设置的驱动单元、传感单元和限制层；

所述驱动单元包括表面薄膜和通道层；所述通道层上具有第一通孔和与所述第一通孔连通的第一通道；所述第一通道与外部气源连接；

所述传感单元包括第一电极层、第一传感层、中间层、第二传感层和第二电极层；所述第一电极层和所述第二电极层均包括检测部分和连接部分，所述检测部分的形状尺寸与所述第一通孔相同、且位于所述第一通孔的正下方，所述连接部分与外部检测装置连接；所述中间层上具有第二通孔和与所述第二通孔连通的第二通道，所述第二通孔的形状尺寸与所述第一通孔相同；所述第二通道与外界空气相通；

所述限制层为模量大于硅胶的薄膜；

所述表面薄膜、所述通道层、所述第一电极层、所述第一传感层、所述中间层、所述第二传感层、所述第二电极层及所述限制层依次粘接；

所述第一传感层、所述第二传感层以及所述中间层贴合后形成的空腔与所述第一电极层形状一致，且位于所述第一电极层的正下方。

可选的，所述第一电极层与所述第二电极层完全相同。

可选的，所述第一传感层与所述第二传感层完全相同。

可选的，所述第一传感层和所述第二传感层相互靠近的表面上均具有微结构；所述微结构用于增大所述第一电极层与所述第二电极层之间电容值的变化区间和变化灵敏度。

可选的，所述第一传感层和所述第二传感层由硅胶与碳纳米管混合后浇筑而成。

可选的，所述第一传感层的表面具有预应力。

可选的，所述通道层由硅胶浇筑而成。

可选的，所述第一通孔为圆形、圆角矩形、椭圆形或方形。