触觉反馈和接触系统技术方案

在各种实施例中，一种触觉系统包括至少一个声传感器；放大器，用于从声传感器接收电子信号并放大接收到的信号；至少一个致动器，可操作地连接到放大器，以根据放大的信号振动；支撑件，其包括至少一个致动器，可操作地连接到放大器，用于根据放大的信号振动并传递与之对应的振动触觉的感觉。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】触觉反馈和接触系统相关申请本申请要求2017年3月28日提交的美国专利申请序列号15/471,815的权益和优先权。
本专利技术涉及用于再现由生物产生的体内声音的机电系统。
技术介绍
听诊器是RenéLaennec于1816年在法国专利技术的，用于听诊，即听取体内产生的声音，主要是为了评估器官和血管(包括心脏、肺、主动脉和肠道)的状况。在怀孕期间，还可以通过专用听诊器听诊来监测胎儿的心音。血管中的血流也可以听诊。无辅助地用耳朵进行的听诊称为直接听诊，而使用听诊器时称为间接听诊。电子听诊器是Laennec概念的更新版本，其中，皮肤接触膜片形成了声学腔，在该腔中，空气中的声音被转换为电信号。这些信号被放大、滤波或以其他方式处理，并通过例如扬声器或耳机播放。尽管可以胜任许多诊断任务，但这种系统仅给临床医生有限的视角——他们可以听到声音，但无法感知产生声音的现象。
技术实现思路
触觉系统将触觉应用于人类与计算机和其他电子系统的交互。本专利技术的实施例将触觉能力扩展到生物系统的监视，无需计算机模拟就将感测到的声信号提供给触觉接触。通过确保声音感测扩展到低频(例如，50Hz及以下，该频率在触觉反馈的最佳峰值内，但低于传统听诊器范围)，可以使用触觉接触系统直观地向用户提供潜在的生理压力和声音信号。触觉接触所传递的感觉代表了基于在组织表面的感测对生理现象的高保真触觉再现。感知触摸的能力分布在整个身体上，但主要与包含更高密度受体的主动触觉传感器(例如手掌和手指)相关。人体皮肤具有多种能够检测压力的受体，例如迈斯纳氏(Meissner’s)和帕西尼氏(Pacinian)小体。这些受体对振动具有很高的灵敏度，并且能够感知到长度低至0.2μm的位移。本专利技术具有临床和教育应用，对临床医生和患者有益。例如，医生、父母和大家庭可以直接感受胎儿或新生儿心脏的跳动。本专利技术还促进了远程医疗和其他视频或距离通信——例如，远程医生或用户可以具有实时触觉体验或使用触觉回放。因此，在各种实施例中，本专利技术涉及一种触觉系统，包括至少一个声音传感器；放大器，用于从声音传感器接收电子信号并放大接收到的信号；至少一个致动器，可操作地连接到所述放大器，用于根据放大的信号振动；以及支撑件，包括至少一个致动器，可操作地连接到所述放大器，用于根据放大的信号振动并赋予与之对应的振动触觉的感觉。在一个实施例中，所述支撑件是一种弹性支撑件，包括平的基座部分，一端弯曲成相对于平的部分的至少一部分成角度并在平的部分的至少一部分上延伸的保持部；以及刚性面板，其具有底面，底面的第一部分连接至弹性支撑件的保持部分，致动器在其第一部分的外侧连接至刚性面板的底面，以将振动传递至面板。刚性面板可以是支撑件的一部分，或者可以是附接到支撑件上的单独的面板。隔离屏障可以附接到弹性支撑件的基座部分的底面。所述面板可以包括一对将多孔芯夹在中间的表皮，例如，表皮可以是碳纤维片，而芯可以是轻质泡沫。在一些实施例中，致动器在其整个中心处借助惯性安装到面板。在另一个实施例中，支撑件成形为符合人体解剖学的一部分，并且振动触觉的感觉施加到与支撑件接触的身体上。例如，支撑件可以是手套。触觉系统可以包括预处理电路，包括前置放大器和信号调节器。声音传感器和预处理电路可以包含在单个壳体内。在又一实施例中，支撑件通过多个弹簧悬在框架内，为弹簧垫的形式。在一些实施例中，每个声音传感器包括具有外周部分和内部部分的膜片，内部部分通过多个板簧附接到外部部分，限制了可动部分和外周部分之间的相对运动；线圈，设置在膜片的至少一侧上；以及至少一个磁体，相对于线圈可操作地设置，以通过可动部分和外周部分之间的相对运动使电流流过线圈。膜片的外部部分可以具有一定的形状，且内部部分可以限定在穿过膜片的多个狭缝内并且以串联方式布置，其中(i)该串联限定了与外部部分同心并具有外部部分的形状的闭合序列，以及(ii)每对狭缝是平行的，且具有重叠部分和非重叠部分，所述重叠部分限定了与板簧之一相对应的插入条。据此，触觉系统可以包括高通滤波器和声换能器，用于输出从传感器接收到的20Hz至20kHz的信号的能够听到的范围。替代地或附加地，所述系统可以包括低通滤波器，用于将放大的信号限制在0.02Hz至500Hz的人类触觉感知范围内。如本文所使用的，术语“约”、“大约”和“基本上”是指±10％，在一些实施例中为±5％。说明书中提及的“一个示例”、“示例”、“一个实施例”或“一实施例”表示与描述该实例有关的特定特征、结构或特性包括在本技术的至少一个实例中。因此，本说明书中在各个地方出现的短语“在一个示例中”、“在示例中”、“一个实施例”或“实施例”不一定都指代相同的示例。此外，特定特征、结构、程序、步骤或特性可以以任何合适的方式组合在本技术的一个或多个示例中。本文提供的标题仅是为了方便，并不旨在限制或解释所要求保护的技术的范围或含义。附图说明通过以下结合附图对本专利技术的详细描述，将更容易理解前述内容，其中：图1A示出了根据本专利技术的实施例的声-振传感器的分解图。图1B和1C分别为图1A所示的传感器的透视图和截面正视图。图2A为图1A-1C所示的膜片的内部的俯视图。图2B为图1A-1C所示的膜片的内部的仰视图。图2C为示出图1A-1C所示的膜片的板簧的操作的透视图。图3A和3B分别示出了根据本专利技术的一个实施例的顶部磁体组件的仰视图和俯视图。图3C更详细地示出了顶部磁体组件的一部分。图3D为根据本专利技术的一个实施例的顶部和底部磁体组件的截面透视图。图4A为图1的传感器的另一截面正视图，示出了由顶部磁体组件和底部磁体组件产生的磁场线。图4B为图1的传感器的另一截面正视图，其具有矩形而不是梯形磁体。图4C描绘了根据本专利技术的一个实施例的模拟，其显示了切向气隙通量密度作为半径的函数。图4D描绘了磁通密度作为距膜片中心的高度的函数。图5A-5F是替代膜片形状的俯视图。图6A和图6B分别是包括铁磁流体的传感器实施例的截面正视图和分解图。图6C是图6A和图6B的传感器的另一截面正视图，示出了由磁体产生的磁场线。图6D至图6F分别示出了图6A-6C所示的传感器的代表性壳体的分解图、截面图和正视图。图7示出了常见的身体声音的频谱。图8示意性地示出了根据本专利技术实施例的触觉系统。图9为根据本专利技术的实施例的另一种触觉系统配置的平面图。具体实施方式本专利技术的实施例提供了从0.02Hz到通常为500Hz的听不见的低频频带身体声音的触觉再现。人的触觉感知通常在50Hz至500Hz之间，灵敏度峰值约为250Hz，从而使之成为触觉再现的最佳范围。用于生物系统的触觉接触有许多用途。以人的心脏为例，医生，尤其是心脏病医生，将他们的手放在每个患者的胸部上，以感受心脏跳动。本专利技术的实施例能使医生以相当大的精确度来体验类似将手直接放在患者胸腔内的患者跳动的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种触觉系统，包括：/n至少一个声传感器；/n放大器，用于从声传感器接收电子信号并放大接收到的信号；/n至少一个致动器，可操作地连接到放大器，用于根据放大的信号振动；/n弹性支撑件，其包括平坦的基座部分，所述平坦的基座部分的一端弯曲成相对于所述平坦部的至少一部分成角度并延伸超过所述平坦部的至少一部分的保持部；/n刚性面板，其具有底面，所述底面的第一部分连接至弹性支撑件的保持部分，致动器在刚性面板的第一部分外连接至刚性面板的底面，以将振动传递至面板。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170328 US 15/471,8151.一种触觉系统，包括：
至少一个声传感器；
放大器，用于从声传感器接收电子信号并放大接收到的信号；
至少一个致动器，可操作地连接到放大器，用于根据放大的信号振动；
弹性支撑件，其包括平坦的基座部分，所述平坦的基座部分的一端弯曲成相对于所述平坦部的至少一部分成角度并延伸超过所述平坦部的至少一部分的保持部；
刚性面板，其具有底面，所述底面的第一部分连接至弹性支撑件的保持部分，致动器在刚性面板的第一部分外连接至刚性面板的底面，以将振动传递至面板。


2.根据权利要求1所述的触觉系统，还包括预处理电路，所述预处理电路包括前置放大器和信号调节器。


3.根据权利要求2所述的触觉系统，其中，所述至少一个声传感器和所述预处理电路包含在单个壳体内。


4.根据权利要求1所述的触觉系统，还包括在所述弹性支撑件的所述基座部分的底面上的隔离屏障。


5.根据权利要求1所述的触觉系统，其中，所述面板包括将多孔芯夹在中间的一对表皮。


6.根据权利要求5所述的触觉系统，其中，所述表皮为碳纤维片。


7.根据权利要求1所述的触觉系统，其中，所述至少一个致动器惯性地安装到所述面板的整个中心处。


8.根据权利要求1所述的触觉系统，其中，每个所述至少一个声传感器包括：
膜片，其具有外周部分和内部部分，所述内部部分通过多个板簧连接到外部部分，所述板簧限制可动部分和外周部分之间的相对运动；
线圈，其设置在膜片的至少一侧上；和
至少一个磁体，其相对于线圈可操作...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·博伊德，
申请(专利权)人：科尔里奇设计事务所有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US