一种基于网状结构的纹理反馈装置的制作方法

本发明涉及一种纹理反馈装置，特别涉及一种基于网状结构的纹理反馈装置。

背景技术：

纹理反馈是手指在触摸物体上时，在手指尖这一非常小的面积上，每一处皮肤因为所处的位置不同，受到的挤压力和手指皮肤的变形量不同，当手指尖移动的时候，根据纹理的不同，每一处皮肤的新变量和挤压力与横向切力也都在发生变化，皮肤接触时感官的触觉反馈总和，叫做纹理反馈。目前的纹理反馈装置，大多都是由高频机械振动带来纹理反馈，也有一小部分是由静电吸附带来指尖在物体上摩擦力的改变来实现对纹理的模拟。但是这两种方案都不是真实的纹理，并且无法模拟大的起伏。目前的振动纹理反馈多数是单电机造成的振动，就像是抓握电动牙刷的振动，密度低，模拟的效果不真实；静电吸附在本质上应该是增加了横向切力，准确说是属于粗糙度反馈，静电触觉反馈能够模拟的触觉刺激太微弱，而且对于手指的干燥程度有要求，很多触觉不敏感的用户可能体验不到刺激信号的存在。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种可以模拟不同几何尺度的纹理，基于网状结构的纹理反馈的触觉装置。

本发明的技术方案是：一种基于网状结构的纹理反馈装置，包括软体驱动器，网状结构设置所述软体驱动器的外壳内，网状结构贴近外壳的一个面，外壳的另一个面远离网状结构，外壳的另一个面与网状结构中间的空间通过导管与抽气部件或充气部件连接，抽气部件或充气部件通过导管可以对软体驱动器的内部抽气或充气，网状结构的网孔形状为可变形的多边形，网状结构的角上固定连接有推动装置，推动装置可以推动网状结构改变形状。

进一步地，所述推动装置为内磁铁，同时在软体驱动器外表面的对应位置处设置外磁铁，内外磁铁相互吸引，外磁铁可以带动内磁铁移动，从而推动网状结构改变形状。

进一步地，所述推动装置为电机。

进一步地，所述外壳与网状结构接触的面为可拉伸结构，不与网状结构接触的面设置不可拉伸的限制层，限制不与网状结构接触的面的变形。

进一步地，还包括控制系统，所述控制系统包括上位机、运动跟踪系统、滑轨以及控制滑轨的第一单片机、抽气部件和充气部件，以及控制抽气部件和充气部件的第二单片机，第一单片机、第二单片机与上位机连接；运动跟踪系统用于检测手指的位置；滑轨、抽气部件和充气部件与软体驱动器连接。

进一步地，所述抽气部件包括真空泵、真空调节阀、真空电磁阀和抽气过滤器依次连接，所述充气部件包括气泵、气缸、充气过滤器、减压阀和正压电磁阀依次连接。

进一步地，所述真空电磁阀和所述正压电磁阀通过d/a转换器与所述第二单片机连接。

本发明具有以下有益效果：该纹理反馈装置可以改变内部纹理的形状，并通过抽气量的多少计真空度的大小，或者充其量的多少即相对气压大小来改变纹理的深度，带来逼真的纹理触觉反馈。

附图说明

图1是纹理反馈装置结构示意图。

图2是网状结构变形的结构示意图。

图3是纹理反馈装置的结构示意图。

图4是纹理反馈装置物理样机示意图。

图5是纹理反馈装置的控制系统示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种基于网状结构的纹理反馈装置，包括软体驱动器1，网状结构3设置所述软体驱动器的外壳2内，网状结构3贴近外壳2的一个面，外壳2的另一个面远离网状结构3，外壳2的另一个面与网状结构3中间的空间通过导管与抽气部件或充气部件连接，抽气部件或充气部件通过导管可以对软体驱动器1的内部空间抽气或充气，网状结构3的网孔形状为可变形的多边形，网状结构3的角上固定连接有推动装置，推动装置可以推动网状结构3改变形状。

推动装置为内磁铁4，同时在软体驱动器外表面的对应位置处设置外磁铁5，内外磁铁相互吸引，外磁铁5可以带动内磁铁4移动；推动装置也可为电机。

如图1所示，网状结构的3一角上固定连接有内磁铁4，在软体驱动器外壳2的外表面的对应位置处设置外磁铁5，内外磁铁相互吸引，当外壳2外表面的外磁铁5移动时，可带动软体驱动器1内的内磁铁4移动，此时，网状结构的外形改变，如图2所示，正方形网状结构在磁铁的推动下变为菱形网状结构，这样就实现了二维结构纹理的主动改变。

当从软体驱动器1内抽气的时候，抽出的空气量不同，内外压强差不同。而压强差的产生可以使得软体驱动器外壳2的内表面与网状结构3贴合，出现凹陷，手指触摸凹坑即形成了纹理的触觉反馈，当压强差越大，软体驱动器外壳2内表面与网状结构贴合的越紧密，也就代表着纹理(凹陷)的深度越深，当不抽气的时候就是光滑的表面。

所述外壳2与网状结构3接触的面为可拉伸结构，不与网状结构3接触的面设置不可拉伸的限制层，限制不与网状结构接触的面的变形，在软体驱动器1中通入高压气体，软体驱动器与网状结构接触的表面膨胀，因为有网状结构，所述表面将会形成多个凸起，凸起的高度由气压大小决定，凸起的横截面形状由网状结构来控制。

如图3所示，a)为装置的常规情况，没有纹理十分光滑，b)为当内部为正方形网格的时候抽气，可以感受到正方形网格的纹理。c)为充气后的网格纹理，可以感受到高低起伏。

如图5所示，纹理反馈装置还包括控制系统，所述控制系统包括上位机、运动跟踪系统、滑轨以及控制滑轨的第一单片机、抽气部件和充气部件，以及控制抽气部件和充气部件的第二单片机，运动跟踪系统用于检测手指的位置；抽气部件包括真空泵、真空调节阀、真空电磁阀和抽气过滤器依次连接，充气部件包括气泵、气缸、充气过滤器、减压阀和正压电磁阀依次连接，真空电磁阀和正压电磁阀通过d/a转换器与第二单片机连接，第一单片机、第二单片机与上位机连接；滑轨、抽气过滤器、正压电磁阀与软体驱动器1连接。

在一个虚拟现实的环境中，用户将会在vr头盔上看到一个带有纹理的图片，通过上位机中算法计算出当前物体的表面纹理，并且根据其表面纹理选择抽气或者充气的模拟模式，通过第一单片机控制磁铁沿滑轨运动从而调整网格大小，随后针对装置进行充气或者抽气的操作，使得装置表面纹理发生改变。气压由真空泵或者气泵提供，真空电磁阀和正压电磁阀由第二单片机控制并连接于上位机。上位机通过算法计算出气压大小(正负)，通过第二单片机来控制电磁阀从而调节气压。

该纹理反馈装置可以改变内部纹理的形状，并通过抽气量的多少计真空度的大小，或者充其量的多少即相对气压大小来改变纹理的深度，带来逼真的纹理触觉反馈。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。