专利名称：电振双模多维触觉刺激器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种触觉刺激器，属于信息显示技术领域。
背景技术：
人们日常生活中涉及的显示器很多，但多为视觉显示器，如电视机屏、中央处理器显示器、投影仪、户外电子广告屏等等。视觉显示器是以视觉方式让眼睛感知图像和文字信息的电子信息装置，其特点在于作用于眼睛的刺激媒介为光。触觉显示器与视觉显示器类似，是以物理刺激方式作用于皮肤表面，让人以触觉方式感知图文信息的一种电子信息装置。两者的不同之处在于触觉显示器是让皮肤而不是眼睛“看”到图像和文字，触觉显示器的刺激媒介为可引起皮肤感觉的物理刺激。能够引起皮肤感觉的物理刺激方式较多，从触觉技术的发展历程来看，气动刺激是最早采用的物理刺激手段，其次是振动刺激、电刺激和神经肌肉刺激等，近年来，人们又发展了顶针刺激、电流变液、磁流变液、热刺激和表面声波等相关刺激手段，2006年，东南大学研究人员在长期积累的基础上首次提出了射流刺激这一新型触觉显示技术，为触觉显示技术的发展做出了贡献。虽然触觉显示的物理刺激手段已经发展了多种方法，但就实际应用效果来看，大多难以尽如人意。就几种主要的刺激方法而言，电触觉刺激器是将电脉冲施加到用户指端的微小电极上。电触觉是一种通过流过表层电极的电流刺激皮肤内神经纤维的触觉再现装置，能够在没有机械激励的情况下产生压力或振动感觉，电触觉具有体积小，重量轻，成本低廉，易于和中央处理器连接等优点，但不足之处在于皮肤接触阻抗不稳定，动态范围较窄，易引起电刺痛等不舒服的感觉，其最佳刺激位置是舌头，但由于舌头是发声和进食的重要器官，而且由于放置在口腔内，对装置的卫生和防潮、防盐蚀等要求也较高，因而通常仅限于实验研究，实际场合很少使用；振动触觉刺激使用钝针、音圈或压电晶体等产生振动， 是一种相对简单有效的触觉刺激方式，振动触觉刺激器具有成本低廉、体积小、使用方便并具有高带宽等优点，但在高频时易引起噪声和发热；射流触觉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。射流触觉的优点在于不仅可以通过射流点阵提供触觉图文显示，还可以实现热图像的显示，在建立温度色彩映射关系后还可以实现其他技术手段难以提供的彩色图文触觉显示。实际应用中，还可以在流速稳定的水流柱给予一定强度的低频耦合振动处理，以引起皮肤表面压强瞬时变化，从而有效降低操作者的触觉时间适应性。水射流具有较高的带宽，且不会导致不舒服感觉，易于为操作者所接受，不足之处在于装置较为复杂，体积偏大，目前研究人员正在进行装置微型化的研究。触觉技术涵盖了大量内容，新型刺激器原理、刺激器参数、刺激器干扰，触觉刺激器与其他感觉通道的交互作用、触觉通讯时延及彩色触觉等均是需要进一步深入研究的课题。其中，最基本也是最为重要的研究工作即是触觉刺激的技术手段和方法研究，现有触觉刺激器为电刺激、气动刺激或振动刺激等单一模式的触觉刺激，其触觉刺激表达的信息有限，不具备较好的实用价值。
发明内容
本发明针对电刺激、振动刺激作为单一模式的触觉刺激的不足，提出一种能同时产生电刺激触觉和振动刺激触觉的电振双模多维触觉刺激器。本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是一种电振双模多维触觉刺激器， 包括振动触觉振动子、半球体、电触觉电极，所述电触觉电极设置在半球体上，而半球体则设置在振动触觉振动子上，所述电触觉电极和触觉振动子均设有控制线，所述控制线分别用于向电触觉电极和触觉振动子传输控制信号。进一步地还包括保护套，所述振动触觉振动子、半球体以及电触觉电极均设置于保护套中。优选的所述电触觉电极的边缘部分嵌套于保护套中。再进一步地还包括信息输入终端、中央处理器以及驱动控制器，所述信息输入终端用于向中央处理器输入信息；所述中央处理器用于根据信息输入终端输入的信息，处理形成相关触觉刺激数据，并将该相关触觉刺激数据向驱动控制器传输；所述驱动控制器用于根据中央处理器传输的相关触觉刺激数据，解析形成时间通道的触觉刺激电压信号，并将该触觉刺激电压信号分别向振动触觉振动子和电触觉电极传输；所述振动触觉振动子接收来自驱动控制器的触觉刺激电压信号产生振动触觉；所述电触觉电极接收来自驱动控制器的触觉刺激电压信号产生电刺激触觉。再优选的所述振动触觉由触觉振动子的振动强度和频率形成，所述电刺激触觉由电刺激电极的电流、波形、占空比和频率形成。又再进一步地所述驱动控制器对触觉刺激数据的解析还包含空间通道的点阵控制信息，以驱动控制电路实现触觉阵列中各触点的通断。本发明的电振双模多维触觉刺激器，由于采用振动触觉振动子和电触觉电极联合的双模触觉刺激技术方案，因此能产生包含电刺激触觉和振动刺激触觉的双模式触觉刺激。
图I是本发明实施例结构示意图2是本发明实施例的框架其中1_振动触觉振动子,2-半球体，3-电触觉电极，4-引线，5-保护套，6-中央处理器，7-鼠标，8-键盘，9-驱动控制器，10-操作者，11-信息输入终端。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例本实施例的电振双模多维触觉刺激器如图I、图2所示，包括振动触觉振动子I、半球体2、电触觉电极3，所述电触觉电极3通过粘接的方式固接在半球体2上，或者通过电镀的方式在半球体2的外表面上电镀形成半球形电触觉电极3，而半球体2则通过粘接的方式固接在振动触觉振动子I上，所述电触觉电极3和触觉振动子I均设有控制线4，所述控制线4分别用于向电触觉电极3和触觉振动子I传输控制信号，而电触觉电极3接收控制信号形成电刺激触觉，触觉振动子I接收控制信号形成振动触觉。为了更好的产生刺激效果，还包括保护套5，所述振动触觉振动子I、半球体2以及电触觉电极3均设置于保护套5中。为了避免电刺激中的电荷集中效应所产生的刺痛等不舒服感觉，所述电触觉电极 3的边缘部分嵌套于保护套5中。为了更好的应用，还包括信息输入终端11、中央处理器6以及驱动控制器9，该信息输入终端11包括鼠标7和键盘8,所述信息输入终端11用于向中央处理器6输入信息； 所述中央处理器6用于根据信息输入终端11输入的信息，处理形成相关触觉刺激数据，并将该相关触觉刺激数据向驱动控制器9传输；所述驱动控制器9用于根据中央处理器6传输的相关触觉刺激数据，解析形成时间通道的触觉刺激电压信号，该触觉刺激电压信号为所述控制信号，然后驱动控制器9将该触觉刺激电压信号分别向振动触觉振动子I和电触觉电极3发送；所述振动触觉振动子I接收来自驱动控制器9的触觉刺激电压信号产生振动触觉；所述电触觉电极3接收来自驱动控制器9的触觉刺激电压信号产生电刺激触觉； 当需要产生振动触觉时，驱动控制器9只向振动触觉振动子I发送触觉刺激电压信号，当需要产生电刺激触觉时，驱动控制器9只向电触觉电极3发送触觉刺激电压信号，此为单一模式的触觉刺激，当需要同时产生振动触觉和电刺激触觉时，驱动控制器9同时分别向振动触觉振动子I和发送电触觉电极3触觉刺激电压信号，此为双模式的触觉刺激。为了形成多维触觉刺激，所述振动触觉包括触觉振动子I的振动强度和频率等形成，所述电刺激触觉包括电刺激电极3的电流、波形、占空比和频率等形成，因此多维触觉刺激包括振动强度、振动频率、电刺激电极的电流、电刺激电极的波形、电刺激电极的占空比、电刺激电极的频率等触觉刺激。当若干个电振双模多维触觉刺激器以阵列形式排列时，所述驱动控制器9对触觉刺激数据的解析还包含空间通道的点阵控制信息，以驱动控制电路实现触觉阵列中各触点的通断。多维触觉的有利之处在于能够在同一个触点位置上施加多个可引起触觉感觉的物理刺激参数，这些触觉刺激参数可以通过参数映射表达不同的信息，从而让操作者能够感知到非常丰富的信息。比如我们定义一下，如果只有电触觉表示操作者感知到的是一幅黑白图像，如果只有振动触觉表示这是一幅热图像，如果两种触觉模态都有表示这是一幅彩色图像。如果再定义一下，热图像中，振动频率的高低表示温度的高低，那么操作者通过振动触觉就可以方便地获得温度信息，在彩色图像表达中，由于刺激参数很多，可以通过建立刺激参数与彩色图像的赤橙黄绿蓝靛紫及黑白等的映射关系等较好地予以表达，经过长期训练后，操作者就可以熟练地感知和识别彩色图文信息。具体使用时，操作者10通过操作鼠标7和键盘8等向中央处理器6输入相关的控制信息和数据，并设定好振动触觉参数和电触觉参数，振动触觉参数包括振动触觉振动子的振动强度、频率，电触觉参数包括电触觉电极的电刺激电流、波形、占空比及频率，当参数设定完成后，中央处理器6将相关触觉刺激数据通过端口发送至驱动控制器9，驱动控制器9接收到触觉刺激数据后将其解析成时间通道的触觉刺激电压信号，并将其通过控制线分别控制振动触觉振动子的振动强度和频率，以及电刺激电极的电流、波形、占空比和频率等，从而使振动触觉振动子产生振动触觉，电触觉电极产生电刺激触觉，而操作者10通过皮肤的接触感知来自振动触觉振动子I的振动触觉以及电触觉电极3的电刺激触觉。当若干个电振双模多维触觉刺激器以阵列形式排列时，驱动控制器9对触觉刺激数据的解析还包含空间通道的点阵控制信息，以驱动控制电路实现触觉阵列中各触点的通断。由上述可知，本发明的电振双模多维触觉刺激器，在保证能产生电刺激触觉和振动刺激触觉的双模式触觉刺激的情况下，将振动触觉振动子、半球体以及电触觉电极等设置于保护套中，使其能产生更好的刺激效果；通过将电触觉电极的边缘部分嵌套于保护套中，使其能避免电刺激中的电荷集中效应所产生的刺痛等不舒服感觉；通过设置信息输入终端、中央处理器以及驱动控制器，使其能方便运用；通过触觉振动子的振动强度和频率等形成振动触觉，以及电刺激电极的电流、波形、占空比和频率等形成电刺激触觉，从而形成多维触觉刺激；当驱动控制器对触觉刺激数据的解析还包含空间通道的点阵控制信息时， 可以驱动控制电路实现触觉阵列中各触点的通断，使其能适用于若干个电振双模多维触觉刺激器以阵列形式排列的情况。本发明的电振双模多维触觉刺激器不局限于上述实施例，凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
权利要求
1.一种电振双模多维触觉刺激器，其特征在于包括振动触觉振动子、半球体、电触觉电极，所述电触觉电极设置在半球体上，而半球体则设置在振动触觉振动子上，所述电触觉电极和触觉振动子均设有控制线，所述控制线分别用于向电触觉电极和触觉振动子传输控制信号。
2.根据权利要求I所述的电振双模多维触觉刺激器，其特征在于还包括保护套，所述振动触觉振动子、半球体以及电触觉电极均设置于保护套中。
3.根据权利要求2所述的电振双模多维触觉刺激器，其特征在于所述电触觉电极的边缘部分嵌套于保护套中。
4.根据权利要求3所述的电振双模多维触觉刺激器，其特征在于还包括信息输入终端、中央处理器以及驱动控制器，所述信息输入终端用于向中央处理器输入信息；所述中央处理器用于根据信息输入终端输入的信息，处理形成相关触觉刺激数据，并将该相关触觉刺激数据向驱动控制器传输；所述驱动控制器用于根据中央处理器传输的相关触觉刺激数据，解析形成时间通道的触觉刺激电压信号，并将该触觉刺激电压信号分别向触觉振动子和电触觉电极传输；所述触觉振动子接收来自驱动控制器的触觉刺激电压信号产生振动触觉；所述电触觉电极接收来自驱动控制器的触觉刺激电压信号产生电刺激触觉。
5.根据权利要求4所述的电振双模多维触觉刺激器，其特征在于所述振动触觉由触觉振动子的振动强度和频率形成，所述电刺激触觉由电刺激电极的电流、波形、占空比和频率形成。
6.根据权利要求5所述的电振双模多维触觉刺激器，其特征在于所述驱动控制器对触觉刺激数据的解析还包含空间通道的点阵控制信息，以驱动控制电路实现触觉阵列中各触点的通断。
全文摘要
本发明涉及一种电振双模多维触觉刺激器，包括振动触觉振动子、半球体、电触觉电极，所述电触觉电极设置在半球体上，而半球体则设置在振动触觉振动子上，所述电触觉电极和触觉振动子均设有控制线，所述控制线分别用于向电触觉电极和触觉振动子传输控制信号。本发明的电振双模多维触觉刺激器由于采用振动触觉振动子和电触觉电极联合的双模触觉刺激技术方案，因此能同时产生电刺激触觉和振动刺激触觉。
文档编号G06F3/01GK102609094SQ20121004234
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者任雅丽, 帅立国, 张小国, 范钦, 赵天菲 申请人:东南大学