[发明专利]一种宽幅摩擦力控制触觉再现装置及方法

摘要

本发明公开了一种宽幅度摩擦力控制触觉再现装置及方法，该装置包含触觉再现模块、压电陶瓷激励信号生成模块、电极阵列激励信号生成模块、电磁铁阵列激励信号生成模块、手指位置检测模块、粘贴于操作者手指背上的永磁铁以及中央控制模块；触觉再现模块包含触觉面板、透明电极阵列模块、压电陶瓷阵列模块、电磁铁阵列模块、显示模块和壳体。本发明的再现方法将空气压膜效应、电致振动效应、电磁力控制三种原理相融合，实现操作者手指与触觉再现模块之间摩擦力的增大和减小双向宽幅度调节，进而实现高性能的触觉再现。本发明能够实现多模态的感知，具有较大的实用价值。

主权项

一种宽幅摩擦力控制触觉再现装置的再现方法，其特征在于，所述宽幅摩擦力控制触觉再现装置包含触觉再现模块、压电陶瓷激励信号生成模块、电极阵列激励信号生成模块、电磁铁阵列激励信号生成模块、手指位置检测模块、粘贴于操作者手指背上的永磁铁以及中央控制模块；所述触觉再现模块包含触觉面板、透明电极阵列模块、压电陶瓷阵列模块、电磁铁阵列模块、显示模块和壳体；所述触觉面板为透明的、刚性的矩形板；所述透明电极阵列模块设置在触觉面板上；所述压电陶瓷阵列模块固定在触觉面板的下表面和壳体之间；所述电磁铁阵列固定在显示模块下方；所述显示模块固定在触觉面板的正下方，且与触觉面板之间留出足够触觉再现模块振动的空间；所述压电陶瓷激励信号生成模块和压电陶瓷阵列模块电气相连，所述电极阵列激励信号生成模块和透明电极阵列模块电气相连，所述电磁铁阵列激励信号生成模块和电磁铁阵列模块电气相连，所述中央控制模块分别和压电陶瓷激励信号生成模块、电极阵列激励信号生成模块、电磁铁阵列激励信号生成模块、显示模块、手指位置检测模块电气相连；所述压电陶瓷激励信号生成模块用于产生压电陶瓷阵列模块的驱动信号；所述电极阵列激励信号生成模块用于产生透明电极阵列模块的驱动信号；所述电磁铁阵列激励信号生成模块用于产生电磁铁阵列的驱动信号；所述显示模块用于显示虚拟物体；所述手指位置检测模块用于检测人手指位置；所述中央控制模块用于控制压电陶瓷激励信号生成模块、电极阵列激励信号生成模块、电磁铁阵列激励信号生成模块产生驱动信号，控制手指位置检测模块获取操作者手指位置，以及控制显示模块显示虚拟物体；所述再现方法包含以下步骤：步骤1）获取操作者手指位置，根据当前再现的触觉模式计算生成手指位置处所需的等效摩擦力系数值μ；步骤2）获取透明电极阵列模块的上表面的初始摩擦力系数μ0、透明电极阵列模块所能增大的最大摩擦力系数△μEV、压电陶瓷阵列模块所能减小的最大摩擦力系数△μSQZ、以及电磁铁阵列模块所能增大或减小的最大摩擦力系数△μMAG；步骤3）若μ∈[μ0 , μ0+△μEV] ，控制透明电极阵列模块，产生电致振动效应，增大操作者手指与透明电极阵列模块的上表面之间的摩擦力系数至μ；步骤4）若μ∈[μ0‑△μSQZ , μ0]，控制压电陶瓷阵列模块，产生空气压膜效应，减小操作者手指与透明电极阵列模块的上表面之间的摩擦力系数至μ；步骤5）若μ∈[μ0+△μEV , μ0+△μEV+△μMAG]，首先控制电磁铁阵列模块与永磁铁之间产生吸引力，使操作者手指与透明电极阵列模块的上表面之间的摩擦力系数增大到最大，然后控制透明电极阵列模块将操作者手指与透明电极阵列模块的上表面之间的摩擦力系数增大至μ；步骤6）若μ∈[μ0‑△μSQZ‑△μMAG , μ0‑△μSQZ]，首先控制电磁铁阵列模块与永磁铁之间产生排斥力，使其将操作者手指与透明电极阵列模块的上表面之间的摩擦力系数减小到最小，然后控制压电陶瓷阵列模块将操作者手指与透明电极阵列模块的上表面之间的摩擦力系数减小至μ；步骤7），如果μ∉ [μ0‑△μSQZ‑△μMAG , μ0+△μEV+△μMAG]，则根据系统能再现的摩擦力范围，对当前再现的触觉模式中的摩擦力系数进行处理，使其属于系统能再现的范围。