一种触觉反馈结构、触觉反馈系统及穿戴设备的制作方法

本实用新型涉及触觉反馈技术领域，尤其涉及一种触觉反馈结构、触觉反馈系统及穿戴设备。

背景技术：

自20世纪50年代以来，起源于希腊语的“触觉”一词已被用于心理学。像拥抱这样的接触动作被认为是人类情感的一种相互交流。这可以是继听觉和视觉之后一种重要的通讯媒介。为了成功地操纵远程环境或虚拟/增强现实中的对象以及在远程医疗中判断病人肿瘤分布情况等(远程操作/遥操作、虚拟现实/增强现实、康复医疗、远程手术等)，要求用户能够沉浸在被操作对象的环境中。出于这个原因，在过去的二十年中，通过触觉感觉使用户能够通过物理交互来感受物体的触觉设备已经得到不断发展，即让用户通过感知触觉反馈装置所产生的反馈力来得到被感知物体的触觉信息。

现有触觉反馈结构一般通过电机、电磁铁、液压机构等机械装置，存在结构复杂、体积大等问题；也有使用压电陶瓷等智能材料来实现的，但是压电陶瓷所产生的位移较小。

技术实现要素：

为解决上述技术问题之一，本实用新型提供一种触觉反馈结构,该触觉反馈结构为整体式原位结构，体积小，可以更加灵活的实现电控操作，同时，反馈灵敏度大大加强。

另一方面，本实用新型还提供了一种包括上述触觉反馈结构的触觉反馈系统。

另外，本实用新型还提供了一种包括上述触觉反馈系统的穿戴设备。

本实用新型所公开的触觉反馈结构是通过以下技术方案实现的，一种触觉反馈结构，包括：

第一电极层、第二电极层及中间夹层，所述第一电极层及所述第二电极层分别贴合于所述中间夹层的相对的两侧面；所述第一电极层及所述第二电极层均为薄膜或薄片状柔性结构，并且至少其一带有孔；所述中间夹层为柔性腔体形结构，腔体内设有流体介质。

所述第一电极层及所述第二电极层接通外部电源后，两相对电极层之间可产生maxwell电场力而相互吸引，进而挤压中间夹层，由于中间夹层为柔性结构，而且具有充有流体介质的空腔，当该腔体受压后，产生形变，并且会从带有孔的电极层中挤出，这种形变用于人体后便会形成触觉反馈作用。

该触觉反馈结构具有以下有益技术效果，(1)结构简单、体积小、柔软易于布置和加工制造；(2)本身自成一体化系统，只需要电控制，操作简单，同时无需外置气源或流体泵等；(3)所实现触觉反馈分辨率大，能够实现复杂的触/力觉信息；(4)该触觉反馈结构为整体式原位结构，体积小，可以更加灵活的实现电控操作，同时，反馈灵敏度大大加强。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可作以下进一步的改进：

进一步，所述第一电极层及所述第二电极层的中央均设有孔，使得所述第一电极层及所述第二电极层形成为环形结构。

进一步，所述中间夹层用塑料薄膜或硅胶薄膜制成，所述第一电极层及所述第二电极层为离子凝胶、碳膏或金属薄层等柔性电极制成。

进一步，所述第一电极层的中央设有孔，所述第二电极层为完整结构。

进一步，所述中间夹层的腔体内，设有按预设规则排列的隔板。

进一步，所述第一电极层或所述第二电极层外设有托层，所述托层与所述第一电极层或所述第二电极层紧密贴合，所述托层与所述中间夹层通过粘接或一体成型方式连接为一体。

进一步，所述触觉反馈结构还包括包裹层，所述包裹层包裹在所述第一电极层、所述第二电极层及所述中间夹层的外侧并紧密贴合，所述包裹层的周侧和其中一个底侧为刚性结构，所述包裹层的另一个底侧为柔性结构，并与带有孔结构的一侧电极层贴合。

进一步，多个上述任一种触觉反馈结构按预设规则以阵列方式布置，形成一个整体触觉反馈结构。

本实用新型公开的一种触觉反馈系统，包括上述任一种所述的触觉反馈结构，还包括电控模块，所述电控模块与所述触觉反馈结构电路连接。由于上述触觉反馈结构所具有的有益技术效果，本触觉反馈系统也具有相应的有益技术效果，在此不再赘述。

本实用新型公开的一种穿戴设备，包括上述的一种触觉反馈系统。由于上述触觉反馈系统所具有的有益技术效果，本穿戴设备也具有相应的有益技术效果，在此不再赘述。

附图说明

图1为本实用新型所提供的一种触觉反馈结构一种具体实施例的剖面结构示意图；

图2为图1所示的具体实施例在通电状态下的剖面结构示意图；

图3为本实用新型所提供的一种触觉反馈结构另一种具体实施例的剖面结构示意图；

图4为图3所示具体实施例在通电状态下的剖面结构示意图；

图5为本实用新型所提供的一种触觉反馈结构再一种具体实施例的剖面结构示意图；

图6为本实用新型所提供的一种触觉反馈结构又一种具体实施例的俯视结构示意图；

图7为图6所示具体实施例沿a-a线剖面结构示意图；

图8为图6所示具体实施例沿b-b线剖面结构示意图；

图9为本实用新型所提供的一种触觉反馈结构又一种具体实施例的剖面结构示意图；

图10为图9所示具体实施例在通电状态下的剖面结构示意图。

其中，图中的件号表示为：

1、第一电极层，2、第二电极层，3、中间夹层，4、流体介质，5、托层，6、隔板，7、包裹层。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

相关术语解释：

触觉：皮肤触觉感受器接触机械刺激产生的感觉。皮肤表面散布着触点，触点的大小不尽相同，分布不规则，一般情况下指腹最多，其次是头部，背部和小腿最少，所以指腹的触觉最灵敏，而小腿和背部的触觉则比较迟钝。若用纤细的毛轻触皮肤表面时，只有当某些特殊的点被触及时，才能引起触觉。

触觉反馈：能通过作用力、振动等一系列动作为使用者再现触感，这一力学刺激可被应用于计算机模拟中的虚拟场景或者虚拟对象的辅助创建和控制，以及加强对于机械和设备的远程操控。

实施例1

如图1所示，为本实用新型所提供的一种触觉反馈结构第一种具体实施例的剖面结构示意图。在本实施例中，公开了一种触觉反馈结构，包括第一电极层1、第二电极层2及中间夹层3，所述第一电极层1及所述第二电极层2分别贴合于所述中间夹层3的相对的两侧面；所述第一电极层1及所述第二电极层2均为薄膜或薄片状柔性结构，并且至少其一带有孔；所述中间夹层3为柔性腔体形结构，腔体内设有流体介质4。两个电极层可以用粘贴的方式贴合于中间夹层3的两侧。

图1所示的具体实施例中，第一电极层1和第二电极层2均为中央带孔的环形结构，相对的贴合于中间夹层3的两侧面，两个电极层可以为圆环形也可以为椭圆环形或矩形环状，流体介质4可以为液体也可以为气体。

需要说明的是，所述的孔是指第一电极层1或第二电极层2上开设的非完整结构，该孔可以为一个也可以为多个，形状可以为圆形也可以为其它形状。

如图2所示，为图1所示的具体实施例在通电状态下的剖面结构示意图，当两个电极通电以后，第一电极层1和第二电极层2之间会产生maxwell电场力，使得柔性的中间夹层3的空腔内流体介质4由四周向中央转移并带动中间夹层3从两侧的环形电极中央的孔洞挤出进而产生双向的位移和力。进而可以实现触觉反馈的功能。中间夹层3可以是塑料薄膜、硅胶薄膜等。第一电极层1和第二电极层2是离子凝胶、碳膏、金属电极等柔性电极。

这种结构可以使得整体结构能够向两侧均产生位移和力，同时，结构简单，易于实现与制作。

实施例2

如图3所示，在实施例1的基础上，第一电极层1为中央带孔结构，第二电极层2为完整结构，也即不设孔洞，这种结构下，当两侧电极通电后，如图4所示，由于第二电极层2为完整结构而第一电极层1中间带孔，这时第一电极层1和第二电极层2之间会产生maxwell电场力，使得柔性的中间夹层3的空腔内流体介质4由四周向中央转移并带动中间夹层3从第一电极层1的电极中央的孔洞挤出，产生单向的位移和力。这种原位结构下，由于挤压力仅向一侧输送，所以可以使得压力反馈更加灵敏。

实施例3

如图5所示，这种结构可以在实施例1或实施例2的基础上，在第一电极层1或第二电极层2的外侧设置一个托层5，本实施例是在第二电极层2的外侧。所述托层5与第二电极层2紧密贴合，托层5与中间夹层3通过粘接或一体成型方式连接为一体。托层5为相对柔性的中间夹层3较为硬质的材料，或相同材料的厚层等。

这种结构下，第二电极层2可以是完整结构也可以为带孔结构。这种结构的通电后效果跟实施例2类似，也即仅向单侧输出位移和力，不同的是，下托层5可以是刚性结构，可以便于与其它装置固定或安装。

实施例4

如图9至图10所示，图9为本实用新型所提供的一种触觉反馈结构又一种具体实施例的剖面结构示意图；图10为图9所示具体实施例在通电状态下的剖面结构示意图。

该实施例可以在实施例1的基础上，在整个结构的外侧设置一个包裹层7，所述包裹层7包裹在所述第一电极层1、所述第二电极层2及所述中间夹层3的外侧并紧密贴合，所述包裹层7的周侧和其中一个底侧为刚性结构，所述包裹层7的另一个底侧为柔性结构，并与带有孔结构的一侧电极层贴合。

整个包裹层7与第一电极层1、第二电极层2及中间夹层3的外侧并紧密贴合，但由于仅有一侧为柔性，所以当电极通电后，流体介质4会被挤压后带动中间夹层3及柔性的包裹层7产生位移和力。

这种结构下，通电后可以促使包裹层7的单侧发生整体的弧形位移。另外，这种结构可以使得整个结构实现封装，防止两个电极层裸露在外受损，同时，对于整个结构的保护作用也可以大大增加，进而大大提高产品的使用寿命。

实施例5

如图6至图8所示，图6为本实用新型所提供一种触觉反馈结构的又一种具体实施例的俯视结构示意图；图7为图6所示具体实施例沿a-a线剖面结构示意图；图8为图6所示具体实施例沿b-b线剖面结构示意图。

该具体实施例可以在上述实施例1至实施例4的基础上，在中间夹层3的腔体内，设有按预设规则排列的隔板6。该隔板6可以在腔体内按环形间隔布置，也可以在整个腔体内按一定规则散点布置。

隔板6为均匀、离散型分布且不影响流体介质4在腔体内的互通，在通电情况下，流体介质4仍会从四周向中心汇聚，并由于环形格挡的作用下，所产生的位移和力较为均匀，不受限于上下电极。

实施例6

该实施例可以在实施例1至实施例5的基础上，将多个上述实施例中的任一种结构作为一个结构单元，按照一定的预设规则以阵列方式布置，形成一个整体触觉反馈结构。

这种结构下，类似于在一个表面较大的部位，用点阵的方式进行排列，以多点形成面的方式形成为一个集成结构，可以大大提高力反馈的分辨率及应用范围，比如在人的手掌部位，可以阵列布置多个反馈单元，以布满整个手掌，在通过控制每一个单元，可以实现手掌的不同部位的单独力反馈。其尺寸、排布方式等可根据触觉反馈需求设计。该排布可以使得输出端分辨率大、集成电控制简单，能够实现复杂的被感知物体的触觉信息。

上述各种触觉反馈结构，其结构均比较简单，容易布置，也不要复杂的电磁铁、气泵等驱动源。可以通过原位的方式实现触觉反馈，这样可以在通电后使得流体介质4转移时所受的阻力大大减小，同时响应时间快、电场力小，另外，整个结构易于实现集成，所实现触觉反馈分辨率大，能够实现更加复杂的触/力觉信息。

另外，本实用新型还提供了一种包括上述任一种触觉反馈结构的触觉反馈系统，该系统还包括电控模块，所述电控模块与所述触觉反馈结构电路连接。这里主要是指与第一电极层1及第二电极层2的电路连接。

本实用新型还提供了一种穿戴设备，包括上述的触觉反馈系统。这种穿戴设备可以为手套、背心等，将上述触觉反馈系统安装于这些穿戴设备中，可以结合电路、通讯、控制等技术，实现多个场景下的触觉反馈应用。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。