CN105302281A - 一种全息虚拟触觉产生装置 - Google Patents

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席东民
王晓华
朱海燕
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Abstract

本发明提供了一种全息虚拟触觉产生装置，它包括全息虚拟触觉产生手套、双图像传感器体感探测装置和主设备，所述的全息虚拟触觉产生手套的手指部位设有气流喷射力反馈产生单元阵列和微感知产生单元阵列，采用气流喷射微装置代替机械连杆、液压机构，采用压电陶瓷代替微电机，克服现有的虚拟触觉产生装置的信息维度少、精度低、空间自由度少和成本高的不足，有利于设备的小型化，从原理上消除了空间自由度的限制，通过降低了批量生产过程中组装的复杂度的方式提高了生产效率和产品合格率，达到降低单个设备成本目的。

Description

一种全息虚拟触觉产生装置
技术领域
本发明属于计算机触觉技术领域，特别是涉及一种能够产生包含被感知物体模型的轮廓、运动状态、表面粗糙程度、材质硬度和温度等全息虚拟触觉产生装置。
背景技术
目前，公知的虚拟触觉产生装置主要是采用微电机、机械连杆、液压机构等设备产生力反馈信号，让使用者通过感知虚拟触觉产生装置产生的反馈力来得到被感知物体的触觉信息。但是这种装置通常只能够表达被感知物体的运动状态、轮廓等，而现实世界中物体的触觉信息是多个维度的，仅仅是运动状态和轮廓并不能准确的从触觉上表达现实世界中的物体，还需要从物体的表面粗糙程度、材质的硬度、表面温度等多个信息维度来描述现实世界中的物体；且微电机、机械连杆或者液压机构等固有的体积大、结构复杂的特性，由其组成的虚拟触觉产生装置精度由这些机构物理尺寸决定、空间自由度由机械结构的组装设计决定、成本由机械结构的组装复杂度和加工精度决定，这就限制了虚拟触觉产生装置的分辨率、活动的空间自由度和成本，不能满足虚拟现实技术对虚拟触觉的要求。
发明内容
为了克服现有的虚拟触觉产生装置的信息维度少、精度低、空间自由度少和成本高的不足，本发明提出了一种全息虚拟触觉产生装置。
本发明实现上述目的所采用的技术方案是：一种全息虚拟触觉产生装置，它包括全息虚拟触觉产生手套、双图像传感器体感探测装置和主设备，所述的全息虚拟触觉产生手套的手指部位设有气流喷射力反馈产生单元阵列和微感知产生单元阵列，所述的全息虚拟触觉产生手套连接有风机和全息虚拟触觉产生控制器，全息虚拟触觉产生控制器通过通信链路分别与双图像传感器体感探测装置、主设备相连，所述的双图像传感器体感探测装置上设有两个图像传感器。
进一步，所述的气流喷射力反馈产生单元阵列(6)，分为上下两个部分，下部分是储气室(31)，储存着由风机(3)提供的压缩空气，储气室(31)和风机(3)通过气流入口导管(32)连接。电磁铁(26)固定在电磁铁的固定装置兼滑动轨道(25)上且可来回滑动，电磁铁引出抽头(24)连接到全息虚拟触觉产生控制器(4)上，与电磁铁的固定装置相对方向，设置连接两段硬导气管(27)的软导气管(28)，所述硬导气管上设有喷射气流出口，所述软导气管与永磁体(30)并列设置。
进一步，所述的微感知产生单元阵列(12)，包括安装在半导体致冷片基座(15)上的半导体致冷片(16)，设置在压电陶瓷(17)上的弹性金属(18)，半导体致冷片(16)和压电陶瓷(1)的两极各有两条引出线(19、20、21、22)，分别连接到全息虚拟触觉产生控制器(4)。
本发明的工作原理是：使用者佩戴全息虚拟触觉产生手套(1)，在双图像传感器体感探测装置(2)可以捕捉空间内任意活动，双图像传感器体感探测装置(2)的两个图像传感器(10)以一定的时间间隔拍摄全息虚拟触觉产生手套(1)的图像，双图像传感器体感探测装置(2)通过比对两个图像传感器(10)得到的图像的差异，利用视差原理计算出全息虚拟触觉产生手套(1)的空间位置和使用者的手(5)的手势，通过不同时间全息虚拟触觉产生手套(1)的空间位置和是使用者的手(5)空间位置和手势的差异，得出全息虚拟触觉产生手套(1)的运动信息和使用者的手(5)手势变化信息，并且将信息传递给全息虚拟触觉产生控制器(4)；主设备(13)将主设备中存储的模型(14)信息传递给全息虚拟触觉产生控制器(4)，全息虚拟触觉产生控制器(4)根据主设备中存储的模型(14)在虚拟空间的位置和当前全息虚拟触觉产生手套(1)的空间位置和是使用者的手(5)的手势，计算出使用者的手(5)的各部位应该和主设备中存储的模型(14)的那一部分接触，根据主设备中存储模型(14)提供的信息进行计算，并且驱动微感知产生单元阵列(12)在使用者的手(5)的相应部位产生对应的表面粗糙程度和温度；全息虚拟触觉产生控制器(4)根据全息虚拟触觉产生手套(1)的空间位置和使用者的手(5)的手势的运动状态和变化，结合主设备中存储模型(14)的形状和空间位置，进行计算，控制气流喷射力反馈产生单元阵列(6)在使用者的手(5)的不同部位，产生与设备中存储的模型(14)形状、空间位置和运动状态相对应的反馈力，使使用者感受到设备中存储的模型(14)形状轮廓、运动状态、材质硬度等感觉。气流喷射力反馈产生单元阵列(6)的气流由风机(3)提供。
本发明采取上述技术方案所带来的有益效果是：本发明不仅能够产生被感知物体模型的轮廓信息、运动状态、还能够产生物体的表面粗糙程度、材质硬度和温度等触觉信息，且采用气流喷射微装置代替机械连杆、液压机构，采用压电陶瓷代替微电机，有利于设备的小型化，从原理上消除了空间自由度的限制，通过降低了批量生产过程中组装的复杂度的方式提高了生产效率和产品合格率，达到降低单个设备成本目的。
附图说明
图1是本发明的***原理图。
图2是微感知产生单元的结构图。
图3是气流喷射力反馈产生单元的原理结构图
图中：1、全息虚拟触觉产生手套；2、双图像传感器体感探测装置；3、风机；4、全息虚拟触觉产生控制器；5、使用者的手；6、气流喷射力反馈产生单元阵列；7、控制电缆；8，9，11、设备之间的通信链路；10、图像传感器；12、微感知产生单元阵列；13、主设备；14、主设备中存储的模型；15、半导体致冷片基座；16、半导体致冷片；17、压电陶瓷；18、压电陶瓷上的弹性金属；19，20、半导体致冷片两级的引出线，21，22、压电陶瓷两极的引出线；23、气流喷射力反馈产生单元上下段隔板；26、电磁铁；25、电磁铁的固定装置兼滑动轨道；24、电磁铁引出抽头；27、硬导气管；28、软导气管；29、喷射气流出口；30、永磁体；31、储气室；32、气流入口导管。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例和附图做进一步描述。
如图1所示，一种全息虚拟触觉产生装置，包括全息虚拟触觉产生手套1、双图像传感器体感探测装置2和主设备13，所述的全息虚拟触觉产生手套1的手指部位设有气流喷射力反馈产生单元阵列6和微感知产生单元阵列12，所述的全息虚拟触觉产生手套1连接有风机3和全息虚拟触觉产生控制器4，全息虚拟触觉产生控制器4通过通信链路分别与双图像传感器体感探测装置2、主设备13相连，所述的双图像传感器体感探测装置2上设有两个图像传感器10。
进一步，所述的气流喷射力反馈产生单元阵列6，分为上下两个部分，下部分是储气室31，储存着由风机3提供的压缩空气，储气室31和风机3通过气流入口导管32连接。电磁铁26固定在电磁铁的固定装置兼滑动轨道25上且可来回滑动，电磁铁引出抽头24连接到全息虚拟触觉产生控制器4上，与电磁铁的固定装置相对方向，设置连接两段硬导气管27的软导气管28，所述硬导气管上设有喷射气流出口，所述软导气管与永磁体30并列设置。
进一步，所述的微感知产生单元阵列12，包括安装在半导体致冷片基座15上的半导体致冷片16，设置在压电陶瓷17上的弹性金属18，半导体致冷片16和压电陶瓷1的两极各有两条引出线19、20、21、22，分别连接到全息虚拟触觉产生控制器4。

Claims (4)

1.一种全息虚拟触觉产生装置，它包括全息虚拟触觉产生手套、双图像传感器体感探测装置和主设备，所述的全息虚拟触觉产生手套的手指部位设有气流喷射力反馈产生单元阵列和微感知产生单元阵列，所述的全息虚拟触觉产生手套连接有风机和全息虚拟触觉产生控制器，全息虚拟触觉产生控制器通过通信链路分别与双图像传感器体感探测装置、主设备相连，所述的双图像传感器体感探测装置上设有两个图像传感器，其特征在于：所述的全息虚拟触觉产生手套分为内外两层，内层设置微感知产生单元阵列，外层布满气流喷射力反馈产生单元阵列。
2.根据权利要求1所述的全息虚拟触觉产生装置，其特征在于：所述的气流喷射力反馈产生单元阵列采用气流喷射微装置。
3.根据权利要求1所述的全息虚拟触觉产生装置，其特征在于：所述的硬导管上设有喷射气流出口，所述的软导气管与永磁铁并列设置。
4.根据权利要求1所述的全息虚拟触觉产生装置，其特征在于：所述的微感知产生单元阵列采用压电陶瓷。
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