面向移动终端的可穿戴指套式力触觉交互装置及实现方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种面向移动终端的可穿戴指套式力触觉交互装置及实现方法，包括安装紧固模块、触觉刺激执行模块、信号测量调理模块和核心控制接口模块，所述安装紧固模块为可穿戴主要机构装置，其上设置有触觉刺激执行模块和信号测量调理模块，所述信号测量调理模块的信号输出端与核心控制接口模块的信号输入端连接，所述核心控制接口模块与移动终端无线连接，移动终端与触觉刺激执行模块映射，所述核心控制接口模块的信号输出端与触觉刺激执行模块的信号输入端连接。本发明专利技术操控原理简单、便携性好，可用于不同的移动终端进行交互。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于力触觉交互领域，具体涉及一种面向移动终端的可穿戴指套式力触觉交互装置。
技术介绍
在传统的视听觉人机交互中加入力触觉再现技术，能够有效提高人机交互的真实感和操控性，同时扩展人机交互系统的功能和使用范围。移动终端设备作为新型的人机交互设备，其使用也日益广泛，研制与之相适应的便携式力触觉再现装置，也有着极大的研宄和实用价值。国外面向移动终端的力触觉交互设备，主要是基于静电力、惯性触觉传动器、超声波、压电致动器等方式实现的。韩国的Kyung等人研制了一款基于3X3的超声直线振动电机阵列作为触觉制动器的笔式触觉交互装置Ub1-Pen，该装置通过对3X3的振动阵列进行触觉编码以显示不同的二维形状。东京大学的Hideaki Yokota等设计了一个使用静电触觉显示器来表达虚拟物体表面纹理触觉特征的装置，该装置中，电极阵列的不同电极加载不同的电压，手指在电极阵列上滑动以感受虚拟物体表面纹理。迪斯尼研宄所的OlivierBau等人设计了一款基于移动终端得TeslaTouch，该装置在移动终端的屏幕表面利用手指和屏幕上正负电荷的吸引或者排斥来改变手指和屏幕之间的摩擦力来进行触觉反馈，增强了触摸交互体验。Tactus Technology公司使用特殊的材料设计出了在触摸屏幕上产生能够凸起的按钮，为面向移动终端的力触觉交互开辟了新的研宄方向。跟国外相比，国内进入面向移动终端的力触觉交互的研宄领域较迟，目前基本上处于空白，无论在深度上或者规模上都存在着比较明显的差距，但是，国内对于面向移动终端的力触觉交互的核心技术即力触觉再现及其交互技术已经开展了一些研宄。先后有东南大学、清华大学、天津大学、上海交通大学、中科院智能机械研宄所、北京航空航天大学等多家单位积极开展了力触觉传感器以及力触觉再现装置等相关方面的研宄工作。目前大部分移动终端的力触觉交互设备均采用静电力与移动终端结合的方式设计，外置式的力触觉交互设备较少。且已经存在的外置式力触觉设备普遍存在体积臃肿、功耗较大、力触觉反馈不够真实和准确等缺点，不能给用户良好的力触觉交互真实感体验。携带不便和适用性差导致多数设备实用性较差。大多数已经公开的基于移动终端的力触觉交互装置均采用了不同的力触觉产生方式，如静电膜、振动电机、电极阵列等，但这些装置往往没有充分考虑到人的力触觉特性和交互过程中用户手指主动施加力的变化和手指姿态变化对于力触觉交互感受的影响。移动触摸屏只能跟踪手指的触摸位置而无法获得手指的姿态，因此无法在最大程度上逼真的模拟手指触摸虚拟物体的触感，尤其是硬度和形状的触觉表达。在某些系统中，通过相机实时捕捉用户手指姿态，但是这会大大增加系统的体积，降低便携性且计算量过大。这些移动终端平面上的手指交互特性，缺乏必要的深度和交互姿态信息的检测，限制了对虚拟交互过程接触状态的精确计算和表达。本专利技术在装置中加入了压力传感器和姿态测量传感器，通过压力传感器可进一步获得交互过程中人主动按压力，姿态传感器可以通过测量交互过程中手指的速度信息和加速度信息，获得手指姿态变化信息，将力信息和姿态信息用于虚拟建模，改变了传统的虚拟力触觉再现的信号输入方式，且传感器安装在指套上，体积小，适用于便携式交互系统。
技术实现思路
专利技术目的:为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种面向移动终端的可穿戴指套式力触觉交互装置，操控原理简单、便携性好，可用于不同的移动终端进行交互。技术方案:为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为:—种面向移动终端的可穿戴指套式力触觉交互装置，包括安装紧固模块、触觉刺激执行模块、信号测量调理模块和核心控制接口模块，所述安装紧固模块为可穿戴主要机构装置，其上设置有触觉刺激执行模块和信号测量调理模块，所述信号测量调理模块的信号输出端与核心控制接口模块的信号输入端连接，所述核心控制接口模块与移动终端无线连接，移动终端与触觉刺激执行模块映射，所述核心控制接口模块的信号输出端与触觉刺激执行模块的信号输入端连接。进一步的，所述安装紧固模块包括支撑外框、笔头基座、电容笔头和指套，所述信号测量调理模块包括压力传感器、手指姿态测量传感器和滤波电路，所述压力传感器和手指姿态测量传感器通过滤波电路与核心控制接口模块连接，所述手指姿态测量传感器设置在指套的顶部，所述支撑外框的上部与指套的底部连接，所述支撑外框内由上至下依次设置有位于同一中心线上的触觉刺激执行模块、压力传感器和笔头基座，所述电容笔头露置在支撑外框底部外，且所述电容笔头与笔头基座连接。进一步的，所述触觉刺激执行模块为3X3压电陶瓷马达振动触觉致动器。所述3 X 3压电陶瓷马达振动触觉致动器嵌套安装在支撑外框顶部的压电陶瓷致动阵列槽中，压力传感器安装在压电陶瓷致动阵列槽下方的凹槽之中，并通过下方的笔头基座固定。进一步的，所述核心控制接口模块包括主微控制器、WiFi通信模块和控制接口电路，所述压力传感器和手指姿态测量传感器通过滤波电路与主微控制器连接，所述主微控制器通过WiFi通信模块与移动终端无线连接，所述主微控制器通过控制接口电路和驱动电路与触觉刺激执行模块4连接。进一步的，所述滤波电路包括二阶有源巴特沃斯低通滤波器和卡尔曼滤波器，与压力传感器连接的滤波器为二阶有源巴特沃斯低通滤波器，与手指姿态测量传感器连接的滤波器为卡尔曼滤波器。基于面向移动终端的可穿戴指套式力触觉交互装置的实现方法:所述压电传感器将采集交互过程中的手指压力，经滤波电路将手指主动按压力信息送入主微控制器，手指姿态测量传感器通过与可穿戴主要机构装置同步运动采集交互过程中的手指姿态信息，经滤波电路将采集的手指姿态信息送入主微控制器，主微控制器将手指姿态信息送入移动终端;移动终端从图像中提取触觉表达信息并综合手指交互信息进行建模处理分析后得到驱动控制信息，并将驱动控制信息映射到触觉刺激执行模块，主微控制器获得移动终端发送的驱动控制信息，将驱动控制信息送入驱动电路使触觉刺激执行模块产生相应振动使用户获得力触觉交互的真实感受。有益效果:本专利技术装置利用分布式的致动阵列产生振幅、强度可控的分布式振动刺激，通过随时空变化的振动刺激模拟形状、纹理、硬度等触觉特征，具备操控原理简单、便携性好，可用于不同的移动终端进行交互。【附图说明】图1为本专利技术工作方式示意图。图2为本专利技术结构的侧视图。图3为本专利技术结构的剖视图。图4位本专利技术的工作原理图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。如图1所示，一种面向移动终端的可穿戴指套式力触觉交互装置，包括安装紧固模块、触觉刺激执行模块4、信号测量调理模块和核心控制接口模块，所述安装紧固模块为可穿戴主要机构装置，其上设置有触觉刺激执行模块4和信号测量调理模块，所述信号测量调理模块的信号输出端与核心控制接口模块的信号输入端连接，所述核心控制接口模块与移动终端无线连接，通过移动终端将触觉表达信息映射到触觉刺激执行模块4，所述核心控制接口模块的信号输出端与触觉刺激执行模块4的信号输入端连接。所述安装紧固模块包括支撑外框1、笔头基座2、电容笔头5和指套8，所述信号测量调理模块包括压力传感器6、手指姿态测量传感器7和滤波电路，所述压力传感器6和手指姿态测量传感器7通过滤波电路与核心控制接口模块连接，所述手指姿态测量传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向移动终端的可穿戴指套式力触觉交互装置，其特征在于：包括安装紧固模块、触觉刺激执行模块(4)、信号测量调理模块和核心控制接口模块，所述安装紧固模块为可穿戴主要机构装置，其上设置有触觉刺激执行模块(4)和信号测量调理模块，所述信号测量调理模块的信号输出端与核心控制接口模块的信号输入端连接，所述核心控制接口模块与移动终端无线连接，移动终端与触觉刺激执行模块映射，所述核心控制接口模块的信号输出端与触觉刺激执行模块(4)的信号输入端连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴涓，邵知宇，王路，邓鹏，宋爱国，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32