阅读说明：本技术 一种压力可控的触觉刺激呈现装置 (Controllable tactile stimulation of pressure presents device ) 是由 杨佳楠 卢志骞 陈思 于 2020-04-27 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种压力可控的触觉刺激呈现装置,包括载物台、可固定露指防护手套、可替换样本带、气垫导轨、滑轨、电流线圈、弹簧和距离检测调节模块；所述电流线圈用于产生磁场,所述载物台通过磁场悬浮在机架上方；所述可替换样本带固定于载物台上,且平行分布；所述可固定露指防护手套悬挂方式安置在载物台上方,且所述可固定露指防护手套分别对应所述可替换样本带；所述滑轨一端与载物台一端连接,所述滑轨与气垫导轨移动副连接,所述滑轨另一端通过弹簧与机架连接；一个传感器用于检测载物台的悬浮距离。本发明通过施加不同程度的压力以及完整的采样样本来满足丰富的触觉信息来源及触觉信号的完整表达。(The invention provides a pressure-controllable tactile stimulation presenting device which comprises an objective table, a fixable finger exposing protective glove, a replaceable sample belt, an air cushion guide rail, a sliding rail, a current coil, a spring and a distance detection and adjustment module, wherein the objective table is provided with a plurality of fixed finger exposing protective gloves; the current coil is used for generating a magnetic field, and the object stage is suspended above the rack through the magnetic field; the replaceable sample belts are fixed on the objective table and distributed in parallel; the fixable mitt is arranged above the objective table in a hanging manner and corresponds to the replaceable sample belts respectively; one end of the slide rail is connected with one end of the objective table, the slide rail is connected with the air cushion guide rail moving pair, and the other end of the slide rail is connected with the rack through a spring; a sensor is used to detect the levitation distance of the stage. The invention satisfies a rich source of haptic information and a complete representation of the haptic signal by applying varying degrees of pressure and a complete sample.)

一种压力可控的触觉刺激呈现装置

技术领域

本发明涉及生物摩擦学领域或人工智能领域或触觉采集领域，特别涉及一种压力可控的触觉刺激呈现装置。

背景技术

触觉能够为人体提供从其他感知通道无法获取的环境信息。通过不同的触摸、按压、拿捏等操作，人们可以准确地获知物体材质特性，识别不同材质种类，如不同布料的服装、不同材料的水杯等。触觉是一种由多个神经通道参与，受个体生理参数、外界环境、交互方式等多方面影响的感知通道。人体神经组织将交互过程中的外界刺激信息传送到大脑完成识别分析，进行对应的行为响应。当下的脑科学触觉机理研究急需寻找尽可能少的基本表征维度来描述触觉质感，而在该过程中，首先需要能很好地呈现触觉的触觉刺激装置。

中国的刘颖等人研究了一种基于导电橡胶的新型触觉传感器阵列及其信息获取与分析处理系统，设计并研制出具有面阵面积大、灵敏度高、柔韧性较好，受冲击时不易损坏、耐磨损、分辨率可调等特点的新型触觉传感器阵列，以及结构简单，成本低、灵活性高的信息获取与处理系统，可望为触觉信号自动采集装置的研制提供新的解决方法。触觉传感器阵列信息获取与分析处理系统由触觉传感器阵列、PCI-6259数据采集卡、SCB-68板卡连接器、扫描电路、信号采集电路、信号处理电路和屏蔽电缆以及PC机等组成。当触觉传感器阵列受外力作用时，构成敏感元的导电橡胶电阻变小，导通开关电路，电路输出信号的变化可反映外部作用的状况。其将每个触觉传感器阵列的行列接入扫描电路，通过扫描电路进行块选，将每个敏感元件感测到的电压信号依次送入信号调理电路，再由计算机控制的PCI-6259将已调理好的信号按照逐行扫描的方式采集到计算机中，从而实现阵列传感信号的获取；设计了基于图形化编程语言LabVIEW的数据采集及分析系统，驱动数据采集卡完成对模拟电压信号、数字信号的采集和发出地址控制信号；使用OpenGL技术设计了三维显示处理系统，通过对数据信号的处理、分析和显示，实现接触物体的外形轮廓和接触面压力分布的直观显示；开展了信息获取及分析处理实验研究，完成了对触觉传感器阵列信号的采集、数据处理和接触物轮廓的显示。理论分析和实验研究表明，其研究的基于导电橡胶的新型触觉传感器阵列及其信息获取与分析处理系统是完全可行的，能够实现对大面积触觉传感信息的准确获取，从而为触觉传感器阵列的研制提供了一种新方法。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种压力可控的触觉刺激呈现装置，通过施加不同程度的压力以及完整的采样样本来满足丰富的触觉信息来源及触觉信号的完整表达。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种压力可控的触觉刺激呈现装置，包括载物台、可固定露指防护手套、可替换样本带、气垫导轨、滑轨、电流线圈、弹簧和距离检测调节模块；所述电流线圈用于产生磁场，所述载物台通过磁场悬浮在机架上方；所述可替换样本带固定于载物台上，且平行分布；所述可固定露指防护手套悬挂方式安置在载物台上方，且所述可固定露指防护手套分别对应所述可替换样本带；所述滑轨一端与载物台一端连接，所述滑轨与气垫导轨移动副连接，所述滑轨另一端通过弹簧与机架连接；一个传感器用于检测载物台的悬浮距离，通过距离检测调节模块控制电流线圈，用于稳定载物台的位置；另一个传感器用于检测弹簧受到的作用力。

进一步，所述可替换样本带上设有五条样本带，分别与可固定露指防护手套的五指一一对应。

进一步，另一个传感器为位移传感器，通过检测弹簧的形变位移计算摩擦力大小。

进一步，一个传感器为光电传感器，用于检测载物台的悬浮距离。

进一步，还包括砝码，所述砝码施加在可固定露指防护手套上，用于试验过程中增加正压力。

进一步，所述可固定露指防护手套的指尖部分装有压力传感器，用于检测所述砝码施加压力大小。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的压力可控的触觉刺激呈现装置，采用电磁悬浮技术可以保证载物台固定在悬浮点，实时监测实时调节，避免因载物台移动对实验结果造成的影响。

2.本发明所述的压力可控的触觉刺激呈现装置，气垫导轨的采用使得力在传递过程中不产生偏移和损失。

3.本发明所述的压力可控的触觉刺激呈现装置，可固定露指防护手套可将受试者手指固定，不会因受试者认为移动对结果造成影响，同时保证受试者在实验过程中不会受到伤害。

4.本发明所述的压力可控的触觉刺激呈现装置，多样本带的采用可使得不同受试者之间不会产生关联，对结果不会造成影响。

5.本发明所述的压力可控的触觉刺激呈现装置，通过添加不同数量砝码以达到不同程度压力，能够准确测量施加压力的大小，以及对施加压力进行控制。

附图说明

图1为本发明所述压力可控的触觉刺激呈现装置结构示意图。

图中：

1-载物台；2-样本带；3-可固定露指防护手套；4-气垫导轨；5-电流线圈；6-测距光电传感器1；7-测距光电传感器2；8-弹簧；9-滑轨。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的压力可控的触觉刺激呈现装置，包括载物台1、可固定露指防护手套3、可替换样本带2、气垫导轨4、滑轨9、电流线圈5、弹簧8和距离检测调节模块；所述电流线圈5用于产生磁场，所述载物台1通过磁场悬浮在机架上方；所述可替换样本带2固定于载物台上，且平行分布；所述可固定露指防护手套3悬挂方式安置在载物台1上方，且所述可固定露指防护手套3分别对应所述可替换样本带2；所述滑轨9一端与载物台1一端连接，所述滑轨9与气垫导轨4移动副连接，所述滑轨9另一端通过弹簧8与机架连接；一个传感器用于检测载物台1的悬浮距离，通过距离检测调节模块控制电流线圈5，用于稳定载物台1的位置；另一个传感器用于检测弹簧8受到的作用力。另一个传感器为位移传感器，通过检测弹簧8的形变位移计算摩擦力大小。一个传感器为光电传感器6，用于检测载物台1的悬浮距离。

所述可替换样本带2上设有五条样本带，分别与可固定露指防护手套3的五指一一对应。砝码施加在可固定露指防护手套3上，用于试验过程中增加正压力。所述可固定露指防护手套3的指尖部分装有压力传感器，用于检测所述砝码施加压力大小。

工作过程：

本发明所述的压力可控的触觉刺激呈现装置工作过程如下：首先给电流线圈5通电以使得载物台1固定于某一悬浮点并连接滑轨9，进行试验时将受试者的手部伸入到可固定露指防护手套3，调整手部位置使其位于可替换样本带2正上方，在实验过程中如因受试者按压载物台1使载物台1位置发生变化时，其下方光电传感器7将会检测结果反馈距离检测调节模块，距离检测调节模块控制电流线圈5产生的磁场，从而保证载物台1距机架的距离不变；若受试者因其他行为使得载物台水平失衡时，下方光电传感器6将检测距离，误差较大时重新进行实验。通过戴有可固定露指防护手套的手指触摸载物台上的样本带产生摩擦带动滑轨移动，再利用弹簧形变测量摩擦力，将触觉信号以摩擦力的形式呈现。通过在手指上放置不同数量的砝码以施加不同程度的压力进行多次测量，最终完整的呈现触觉的刺激信号。

在受试者指尖上方增加砝码，指尖的压力传感器可实时检测砝码质量，且通过增加不同数量的砝码以达到压力可控的目的。受试者在样本带2沿样本带方向滑动，从而带动载物台1及滑轨9的移动，使得弹簧8产生相应的弹性形变，通过测量可得相应摩擦力大小。

受试者一次实验进行完毕将更换新的样本带，防止不同实验互相产生影响。对同一受试者进行不同压力的多次实验，所测得的摩擦力将反映不同压力时手指对于同一事物的不同刺激感受。实现丰富的触觉信息来源及触觉信号的完整表达。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。