直角坐标式射流触觉显示器制造技术

本发明专利技术提供一种直角坐标式触觉显示器，包括：机身、显示器屏幕、支撑网格、隔水薄膜、水泵、进水管、出水管、水温控制器、三通阀、振动耦合膜、振动耦合器、X轴导轨、X轴电机、X轴滑块、Y轴电机、Y轴滑块、Y轴导轨、联轴器、导轨固定座、电机支架、支撑板、射流喷管、射流水柱、万向球关节及水箱，本发明专利技术的方案通过完成直角坐标轴上线性运动来控制射流水柱的空间位置从而实现图文显示的射流触觉显示器，该射流触觉显示器能够分别控制射流水柱在XY轴的坐标，并且XY轴电机的负载较小，而且XY电机的驱动之间互不干扰，因此较好地改善了射流触觉显示器系统的响应能力和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种直角坐标式触觉显示器，包括：机身、显示器屏幕、支撑网格、隔水薄膜、水泵、进水管、出水管、水温控制器、三通阀、振动耦合膜、振动耦合器、X轴导轨、X轴电机、X轴滑块、Y轴电机、Y轴滑块、Y轴导轨、联轴器、导轨固定座、电机支架、支撑板、射流喷管、射流水柱、万向球关节及水箱，本专利技术的方案通过完成直角坐标轴上线性运动来控制射流水柱的空间位置从而实现图文显示的射流触觉显示器，该射流触觉显示器能够分别控制射流水柱在XY轴的坐标，并且XY轴电机的负载较小，而且XY电机的驱动之间互不干扰，因此较好地改善了射流触觉显示器系统的响应能力和稳定性。【专利说明】直角坐标式射流触觉显示器
本专利技术涉及触觉图文显示
，具体而言涉及一种直角坐标式射流触觉显示器。
技术介绍
主从式机器人应用中，触觉再现可以把远地从机械手指端的触觉信息及时反馈给本地的操作者，从而有效地增强遥作业系统中操作者对远地从机械手的控制能力，极大地提高作业速度和质量。触觉信息的再现可以通过视觉方式，也可以通过物理刺激的方式实现。基于物理刺激的触觉再现方式多种多样，目前国内外进行研究的主要有:喷气刺激、振动刺激、电刺激和水射流刺激等。喷气刺激的最大缺点在于其带宽较小，约10 Hz ;振动刺激的不足之处在于结构复杂，不便安装或妨碍手指的正常运动，振动触觉反馈还易引起过多的发热与疼痛，高频振动时噪音也较大；电刺激具有体积小，便于安装和与计算机连接，深受研究人员青睐，其主要缺点在于易引起不舒服的感觉(如刺痛感)，动态范围小，一致性较差。水射流触觉再现技术，是指利用以一定速度喷射出的水流施加在操作者指端的皮肤表面，以形成一定强度的压力斜坡，同时由于水流可以带走一定的热量，又可以在指端接触处形成一定的温度斜坡，两种因素交互作用，在操作者指端形成清晰的压力温度融合触觉感受。在实际的研究中，还可以尝试对流速稳定的水流柱进行一定强度的振动或超声处理，以引起操作者皮肤表面压强瞬时变化，从而消除操作者触觉实验的时间适应性。水射流不会导致操作者肌体组织的不舒服感觉，易于为操作者所接受，具有温和舒服、安全有效的特点，能够很好地解决现有的触觉再现存在的问题，进一步推动了触觉
的发展。射流触觉显示器作为射流触觉再现技术的直接再现装置，能够将远地机器人传感器获取的触觉信息转换为水射流刺激施加于操作者的手指，复现真实的触感。因此，设计一种能够完美实现水射流触觉再现技术的射流触觉显示器已成为急需解决的问题。目前，国内射流触觉显示器已授权及已申报的专利技术专利有点阵式和CRT式两种结构，详见“水射流刺激的机器人触觉再现方法”(专利号:200510038437.5)，“基于射流技术的触觉显示装置及显示方法”(专利号:200510094474.8)，“一种CRT式射流触觉显示器”(专利号:201110266249.3)。点阵式采用固定的射流喷管阵列，显示器的分辨率取决于射流水阀开关或水泵的数目。因此控制系统较为简单，但技术方案结构较为复杂，成本较为昂贵，难以应用于高分辨率射流触觉显示器。CRT式通过电机控制射流喷管在空间的俯仰角和水平面摆角，改变射流水柱空间角度，从而在显示器屏幕上形成二维的射流触觉图文信息，即可使操作者通过触觉暂留现象感知到二维触觉图文信息。其在技术方案上结构和控制均较为简单，因此降低了装置成本。然而由于转角电机的负载为摆角调节机构，转动惯量较大，当速度较高时，运动部件的转动惯量导致系统响应缓慢，并且稳定性降低。虽然可以通过动平衡方式改善，但改造后的结构复杂而且代价较大。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术旨在提供一种直角坐标式射流触觉显示器及其控制系统，通过完成直角坐标轴上线性运动来控制射流水柱的空间位置，从而实现图文显示。为达成上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下: 一种直角坐标式触觉显示器，包括机身、显示器屏幕、支撑网格、隔水薄膜、水泵、进水管、出水管、水温控制器、三通阀、振动耦合膜、振动耦合器、X轴导轨、X轴电机、X轴滑块、Y轴电机、Y轴滑块、Y轴导轨、联轴器、导轨固定座、电机支架、支撑板、射流喷管、射流水柱、万向球关节及水箱，其中:所述显示器屏幕通过所述支撑网格固定在所述机身上方，所述水泵将水箱内的水通过进水管泵送至所述水温控制器内，所述出水管将所述水温控制器和所述三通阀的第一流道口相连，所述三通阀的第二流道口与射流喷管相连，所述射流喷嘴穿过所述隔水薄膜，从所述水箱泵送上来的水经由水温控制器、出水管、三通阀进入射流喷嘴并射出形成射流水柱，所述射流喷管射出的射流水柱作用在所述显示器屏幕上，所述射流喷管穿过X轴滑块和Y轴滑块上的凹槽，所述X轴滑块固定在所述X轴导轨上，所述Y轴滑块固定在所述Y轴导轨上，所述X轴导轨通过所述联轴器与所述X轴电机连接，所述Y轴导轨通过所述联轴器与所述Y轴电机连接，所述X轴导轨与Y轴导轨通过所述导轨固定座固定在所述支撑板上，所述X轴电机和Y轴电机通过所述电机支架固定于所述支撑板上，所述支撑板固定在机身内，所述射流喷管、三通阀和振动耦合器作为一个整体固定在万向球关节上，所述振动耦合器设置在所述三通阀的第三流道口的延伸方向处并作用于振动耦合膜，以将在所述射流水柱中耦合振动，实现操作者感知的触觉振动。进一步，所述水箱内的水由所述水泵泵进所述进水管内，并形成具有一定压力的水流，泵送至所述温度控制器内。进一步，通过所述水温控制器可调节水温，从而使操作者感知到不同温度的射流水柱。进一步，所述振动耦合器为随机振动耦合器，以在所述射流水柱中耦合随机振动。进一步，所述振动耦合器为定频率振动耦合器，以在所述射流水柱中耦合特定频率的振动。进一步，所述X轴电机接收外部控制信号，驱动所述X轴滑块推动所述射流喷管，以控制所述射流喷管的X轴坐标，并且所述Y轴电机接收外部控制信号，驱动所述Y轴滑块推动所述射流喷管，以控制所述射流喷管的Y轴坐标，从而控制所述射流水柱作用在所述显示器屏幕的空间位置。 进一步，所述X轴滑块沿着所述Y轴滑块上的凹槽推动所述射流喷管，所述Y轴滑块沿着所述X轴滑块上的凹槽推动所述射流喷管，并且所述X轴滑块和所述Y轴滑块的运动互不干涉。由以上本专利技术的技术方案可知，本专利技术的有益效果在于可以很好地克服现有的射流触觉显示器结构复杂，成本较高，并且运动部件在高速时的转动惯量导致系统响应缓慢，稳定性降低这一系列问题。本专利技术的直角坐标式射流触觉显示器能够通过XY轴电机经XY轴滑块控制射流喷管的空间位置，并且XY轴电机的驱动互补干涉，将射流水柱以较快的速度作用于触觉屏幕上，形成二维射流触觉图像，从而使操作者通过感觉后象感知到二维触觉图文信息，而且射流触觉显示器能够分别控制射流水柱在XY轴的坐标，并且XY轴电机的负载较小，因此较好地改善了射流触觉显示器系统的响应能力和稳定性。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术直角坐标式射流触觉显示器的结构示意图。图2为图1实施例的直角坐标式射流触觉显示器另一方向的结构示意图。图3为本专利技术直角坐标式射流触觉显示器的控制系统的原理示意图。图4为应用图1实施例的专利技术直角坐标式射流触觉显示器的实现图文显示的示意图。【具体实施方式】为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直角坐标式触觉显示器，其特征在于，包括：机身、显示器屏幕、支撑网格、隔水薄膜、水泵、进水管、出水管、水温控制器、三通阀、振动耦合膜、振动耦合器、X轴导轨、X轴电机、X轴滑块、Y轴电机、Y轴滑块、Y轴导轨、联轴器、导轨固定座、电机支架、支撑板、射流喷管、射流水柱、万向球关节及水箱，其中：所述显示器屏幕通过所述支撑网格固定在所述机身上方，所述水泵将水箱内的水通过进水管泵送至所述水温控制器内，所述出水管将所述水温控制器和所述三通阀的第一流道口相连，所述三通阀的第二流道口与射流喷管相连，所述射流喷嘴穿过所述隔水薄膜，从所述水箱泵送上来的水经由水温控制器、出水管、三通阀进入射流喷嘴并射出形成射流水柱，所述射流喷管射出的射流水柱作用在所述显示器屏幕上，所述射流喷管穿过X轴滑块和Y轴滑块上的凹槽，所述X轴滑块固定在所述X轴导轨上，所述Y轴滑块固定在所述Y轴导轨上，所述X轴导轨通过所述联轴器与所述X轴电机连接，所述Y轴导轨通过所述联轴器与所述Y轴电机连接，?所述X轴导轨与Y轴导轨通过所述导轨固定座固定在所述支撑板上，所述X轴电机和Y轴电机通过所述电机支架固定于所述支撑板上，所述支撑板固定在机身内，所述射流喷管、三通阀和振动耦合器作为一个整体固定在万向球关节上，所述振动耦合器设置在所述三通阀的第三流道口的延伸方向处并作用于振动耦合膜，以将在所述射流水柱中耦合振动，实现操作者感知的触觉振动。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：帅立国，陶骏，姜昌金，周芝庭，陈慧玲，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：