一种触觉形状呈现装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种触觉形状呈现装置，涉及触觉反馈领域，所述触觉形状呈现装置包括：至少两个触觉单元；触觉单元包括软体驱动柱和设置在软体驱动柱上的软体驱动块；相邻两个软体驱动块之间柔性连接；工作时，根据设定目标形状控制各软体驱动柱内部正气压的大小，以使软体驱动柱的长度和弯曲程度发生变化，以及控制各软体驱动块内部负气压的大小，以使软体驱动块的表面刚度发生变化，从而呈现设定目标形状。本发明专利技术能提高空间分辨率，满足对于较复杂形状模拟的需求。形状模拟的需求。形状模拟的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种触觉形状呈现装置


[0001]本专利技术涉及触觉反馈领域，特别是涉及一种触觉形状呈现装置。

技术介绍

[0002]形状呈现装置主要用于实现多种可变形状的触觉呈现，其优点是可以支持裸手进行触摸和操作，无须在手上佩戴任何装置及设备。近年来，随着虚拟现实技术的发展，社会逐渐加大了对触觉反馈的需求，越来越多有关可供裸手交互的形状呈现装置开始诞生，一些研究成果中也涉及到功能较为简单的触觉形状呈现装置，相关研究及技术日渐成熟。
[0003]现阶段的气动形状呈现装置，通常采用负压气动驱动控制表面刚度，而采用机械驱动的方式，控制气囊每一部分的高度，可以实现对外部形状的呈现。但是现阶段可选择的驱动装置体积较大，驱动力较小，不适合小型化，这导致目前的形状呈现装置空间分辨率较低，难以满足对于较复杂形状模拟的需求，其主要体现在如下方面：
[0004]由于形状呈现装置通过控制每一部分的高度及位置，从而实现对形状的模拟，因此其需要控制的自由度较多，需要大量驱动同时工作，但受制于驱动器的空间体积，现有的形状呈现装置的驱动器数量较少，多用来控制每一部分的高度，因此对于每一部分的角度通常是没有任何控制的，这导致最终的形状呈现空间分辨率较低，形状呈现的效果较差。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术实施例提供一种触觉形状呈现装置，以提高空间分辨率，满足对于较复杂形状模拟的需求。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种触觉形状呈现装置，包括：至少两个触觉单元；<br/>[0008]所述触觉单元包括软体驱动柱和设置在所述软体驱动柱上的软体驱动块；相邻两个所述软体驱动块之间柔性连接；
[0009]工作时，根据设定目标形状控制各所述软体驱动柱内部正气压的大小，以使所述软体驱动柱的长度和弯曲程度发生变化，以及控制各所述软体驱动块内部负气压的大小，以使所述软体驱动块的表面刚度发生变化，从而呈现设定目标形状。
[0010]可选地，所述软体驱动柱的内部开设有至少一个沿轴向的第一通气通道；所述软体驱动块的内部开设第二通气通道；所述第一通气通道用于通入正气压；所述第二通气通道用于通入负气压。
[0011]可选地，相邻两个所述软体驱动块之间通过柔性铰链连接。
[0012]可选地，所述软体驱动柱按照一维方式、二维方式或三维方式排布。
[0013]可选地，所述触觉形状呈现装置，还包括：触觉单元底部固定座；所述触觉单元底部固定座与所述软体驱动柱的数量相等；所述触觉单元底部固定座按照一维方式、二维方式或三维方式排布；所述触觉单元底部固定座用于固定所述软体驱动柱。
[0014]可选地，所述软体驱动柱的一端固定所述软体驱动块；所述软体驱动柱的另一端
连接至少一个第一气管；一个所述第一气管与一个所述第一通气通道连通；所述软体驱动块连接第二气管；所述第二气管与所述第二通气通道连通。
[0015]可选地，所述触觉形状呈现装置，还包括：触觉单元基座；所述触觉单元基座用于固定所述触觉单元底部固定座。
[0016]可选地，所述软体驱动柱和所述软体驱动块均为柔性材料。
[0017]可选地，所述软体驱动柱和所述软体驱动块均为硅胶。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0019]本专利技术实施例提出了一种触觉形状呈现装置，采用离散化的思想，利用触觉单元作为最小单元，设置至少两个触觉单元，每个触觉单元包括软体驱动柱和设置在软体驱动柱上的软体驱动块，相邻两个软体驱动块之间柔性连接，并在工作时，根据设定目标形状控制各软体驱动柱内部正气压的大小，以使软体驱动柱的长度和弯曲程度发生变化，以及控制各软体驱动块内部负气压的大小，以使软体驱动块的表面刚度发生变化，这样通过正负压协同驱动的方式进行控制，实现了形状表面的可控形状及刚度改变。本专利技术相对于采用负压气动驱动和机械驱动实现的方式，能提高空间分辨率，满足对于较复杂形状模拟的需求，并且相邻两个软体驱动块之间柔性连接，这样在保证连接的同时，实现了触觉单元之间的自由弯曲，进一步满足对于较复杂形状模拟的需求。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术实施例提供的触觉形状呈现装置的形状变化图；
[0022]图2为本专利技术实施例提供的触觉形状呈现装置的结构示意图；
[0023]图3为本专利技术实施例提供的柔性铰链的状态图；
[0024]图4为本专利技术实施例提供的触觉单元的固定结构示意图；
[0025]图5为本专利技术实施例提供的触觉形状呈现装置制备过程中的结构示意图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0028]触觉特征包括纹理、形状、柔软度、温度、粗糙度等多种特征，想要在虚拟现实系统中实现真实的触觉体验，各种特征缺一不可。“数字橡皮泥”是一种新型触觉呈现装置，可以支持裸手进行触摸和操作，无须在手上佩戴任何装置及设备。在用户触摸时，“数字橡皮泥”可以模拟物体的各种触觉特征，包括纹理、温度、柔软度、粗糙度等不同触觉特征。“数字橡
皮泥”不仅可以实现对刚性物体的模拟，还可以模拟包括弹性体、流体等不同类型的物体。当然，“数字橡皮泥”必须可以变形成用户所要触摸的三维形状。在医疗培训过程中，通过形状呈现装置可以实现对不同生物组织的快速变形和切换，辅助医生快速熟悉不同组织的触摸感觉。在产品设计时，设计师可以裸手改变形状呈现装置的形状，并用于展示，方便了产品设计过程中的交流及沟通。在线购物时，用户可以把想要购买的产品，通过形状呈现装置呈现出来，可以近距离体验和感受产品的外形，增加了购物体验。在游戏时，形状呈现装置可以代替手柄，辅助用户进行操作，通过形状呈现装置的变形，不仅可以增加游戏的真实性，而且可以提高用户使用过程的舒适性。此外，触觉形状呈现装置还可以用于虚拟和增强现实应用程序，以获得更加真实的触觉体验。
[0029]为了实现对三维形状的精确模拟，本专利技术提供的触觉形状呈现装置是基于研发的“一种可变角度及刚度的小型触觉单元”实现精细三维形状模拟。本专利技术提出将一个物体离散化成若干个小的单元，如图1的(a)部分所示，每个小单元的位置及凹凸状态通过一个触觉单元n进行控制，即可实现对最终形状的控制。基于提出的“一种可变角度及刚度的小型触觉单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种触觉形状呈现装置，其特征在于，包括：至少两个触觉单元；所述触觉单元包括软体驱动柱和设置在所述软体驱动柱上的软体驱动块；相邻两个所述软体驱动块之间柔性连接；工作时，根据设定目标形状控制各所述软体驱动柱内部正气压的大小，以使所述软体驱动柱的长度和弯曲程度发生变化，以及控制各所述软体驱动块内部负气压的大小，以使所述软体驱动块的表面刚度发生变化，从而呈现设定目标形状。2.根据权利要求1所述的一种触觉形状呈现装置，其特征在于，所述软体驱动柱的内部开设有至少一个沿轴向的第一通气通道；所述软体驱动块的内部开设第二通气通道；所述第一通气通道用于通入正气压；所述第二通气通道用于通入负气压。3.根据权利要求1所述的一种触觉形状呈现装置，其特征在于，相邻两个所述软体驱动块之间通过柔性铰链连接。4.根据权利要求1所述的一种触觉形状呈现装置，其特征在于，所述软体驱动柱按照一维方式、二维方式或三维方式排布。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王党校，王泽民，郭园，罗虎，周泽健，张玉茹，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：