一种基于振动触觉纹理再现的触觉再现阵列装置

背景技术：

1、触觉反馈是当今虚拟现实交互技术研究领域的重点之一，具体的，除了视觉人类感知外部世界最重要的途径就是触觉。在虚拟现实和增强现实等技术中，触觉反馈可以增强用户的沉浸感和交互体验。通过触觉反馈装置，用户可以感受到虚拟环境中的物体碰撞、力量施加和纹理等，提供更加真实和身临其境的体验。

2、现有的触觉反馈装置，存在着一定的设计缺陷，传统的触觉反馈装置通过电刺激或振动来实现触觉纹理再现，功能单一，无法复现人手真实触觉体验，缺少由于不同物体形状所导致的压力触觉差异。触觉反馈效果不佳。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种基于振动触觉纹理再现的触觉再现阵列装置，该种基于振动触觉纹理再现的触觉再现阵列装置将物体形状、表面纹理及硬度信息传送给控制系统，控制系统通过控制传动单元控制物体表面纹理再现单元的阵列突出高度，实现物体形状再现，并通过控制物体表面纹理再现单元以一定的频率及幅度振动来实现触觉纹理再现，从而实现一种时间、空间上高度配对的机器手触觉再现功能。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供了一种基于振动触觉纹理再现的触觉再现阵列装置，包括方形的底座支撑外壳，所述底座支撑外壳设有成型槽，所述成型槽内设有多个传动单元，多个所述传动单元呈阵列排布，所述传动单元顶部设有可振动的物体表面纹理再现单元，所述传动单元、所述物体表面纹理再现单元均电连接有控制系统，所述控制系统电连接有传感器，所述传感器可采集物体信息，所述控制系统可控制所述物体表面纹理再现单元的突出高度，多个所述物体表面纹理再现单元构成的阵列可实现物体形状的再现。

4、优选的，所述物体表面纹理再现单元包括嵌设于所述传动单元内的振动单元，所述振动单元可精确控制振幅及振动频率，并与所述控制系统电连接。

5、优选的，所述传动单元包括固定在所述成型槽底壁上的固定杆，所述固定杆上固定有微小电机，所述微小电机的输出轴上设有齿轮；所述固定杆上套设有可滑动的壳体，所述壳体顶部设有所述物体表面纹理再现单元，所述壳体内壁上设有与所述齿轮啮合的齿条；所述微小电机与所述控制系统电连接。

6、优选的，所述成型槽口覆盖有可减小再现物体表面不平滑度的柔性材质。

7、优选的，所述传动单元的伸缩长度控制算法如下：

8、d，表示单个传动单元可伸缩的最大长度；

9、lmax，表示所采集到物体目标点位的最小深度；

10、lmin，表示所采集到物体目标点位的最大深度；

11、l(i,j),表示所采集到物体每个目标点位的深度(其中，i＝1～10，j＝1～10)

12、采用归一化算法，均匀地控制每个传动单元的伸缩长度h(i，j):

13、

14、优选的，所述柔性材质为软硅凝胶。

15、优选的，所述底座支撑外壳采用工程塑料制成。

16、优选的，所述振动单元为z轴振动单元。

17、与现有方案相比，本发明的有益效果为：

18、本发明通过传感器采集物体形状、表面纹理及硬度信息，并传送给控制系统，控制系统通过控制传动单元控制物体表面纹理再现单元的阵列突出高度，实现物体形状再现，并通过控制物体表面纹理再现单元以一定的频率及幅度振动来实现触觉纹理再现，可以复现机器手真实触觉体验，完善由于不同物体形状所导致的压力触觉差异，使触觉反馈效果更好；同时可实现时间、空间上高度配对的机器手触觉再现功能，将反馈阵列大小设置为同数据采集端的机器手大小一致，实时反馈采集端物体的形状及表面纹理信息。

技术特征：

1.一种基于振动触觉纹理再现的触觉再现阵列装置，其特征在于，包括方形的底座支撑外壳(3)，所述底座支撑外壳(3)设有成型槽，所述成型槽内设有多个传动单元(2)，多个所述传动单元(2)呈阵列排布，所述传动单元(2)顶部设有可振动的物体表面纹理再现单元(4)，所述传动单元(2)、所述物体表面纹理再现单元(4)均电连接有控制系统，所述控制系统电连接有传感器，所述传感器可采集物体信息，所述控制系统可控制所述物体表面纹理再现单元(4)的突出高度，多个所述物体表面纹理再现单元(4)构成的阵列可实现物体形状的再现。

2.如权利要求1所述基于振动触觉纹理再现的触觉再现阵列装置，其特征在于，所述物体表面纹理再现单元(4)包括嵌设于所述传动单元(2)内的振动单元，所述振动单元可精确控制振幅及振动频率，并与所述控制系统电连接。

3.如权利要求1所述基于振动触觉纹理再现的触觉再现阵列装置，其特征在于，所述传动单元(2)包括固定在所述成型槽底壁上的固定杆(21)，所述固定杆(21)上固定有微小电机(5)，所述微小电机(5)的输出轴上设有齿轮(22)；所述固定杆(21)上套设有可滑动的壳体(23)，所述壳体(23)顶部设有所述物体表面纹理再现单元(4)，所述壳体(23)内壁上设有与所述齿轮(22)啮合的齿条(24)；所述微小电机(5)与所述控制系统电连接。

4.如权利要求1所述基于振动触觉纹理再现的触觉再现阵列装置，其特征在于，所述成型槽口覆盖有可减小再现物体表面不平滑度的柔性材质。

5.如权利要求3所述基于振动触觉纹理再现的触觉再现阵列装置，其特征在于，所述传动单元(2)的伸缩长度控制算法如下：

6.如权利要求4所述基于振动触觉纹理再现的触觉再现阵列装置，其特征在于，所述柔性材质为软硅凝胶。

7.如权利要求1所述基于振动触觉纹理再现的触觉再现阵列装置，其特征在于，所述底座支撑外壳(3)采用工程塑料制成。

8.如权利要求2所述基于振动触觉纹理再现的触觉再现阵列装置，其特征在于，所述振动单元为z轴振动单元。

技术总结
本发明是一种基于振动触觉纹理再现的触觉再现阵列装置，包括方形的底座支撑外壳，底座支撑外壳设有成型槽，成型槽内设有多个传动单元，多个传动单元呈阵列排布，传动单元顶部设有可振动的物体表面纹理再现单元，传动单元、物体表面纹理再现单元均电连接有控制系统，控制系统电连接有传感器；该种基于振动触觉纹理再现的触觉再现阵列装置将物体形状、表面纹理及硬度信息传送给控制系统，控制系统通过控制传动单元控制物体表面纹理再现单元的阵列突出高度，实现物体形状再现，并通过控制物体表面纹理再现单元以一定的频率及幅度振动来实现触觉纹理再现，从而实现一种时间、空间上高度配对的机器手触觉再现功能。

技术研发人员：熊鹏文,彭欢,欧阳建刚,何程杰,熊一萱,黄宇轩,魏乐天,吴然皓,黄黎明,罗军,张卫平
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10