本實(shí)用新型涉及觸覺力刺激的儀器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種觸覺刺激力可測和力頻率可調(diào)的觸覺刺激裝置。

背景技術(shù)：

觸覺是人體感受體表微弱接觸力的感覺，是由垂直體表的壓力和沿體表方向的切向力共同作用于觸覺感受器而引起的神經(jīng)非持續(xù)放電活動。不同于壓覺，觸覺僅僅是體表微弱力而非壓迫力的感覺，觸覺是人體感知外界微力和獲知接觸物紋理屬性的重要信息來源。近幾年隨著虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互、醫(yī)學(xué)與健康等領(lǐng)域的興起，觸覺感知相關(guān)方面的研究受到廣泛重視。目前，觸覺刺激廣泛運(yùn)用在人體神經(jīng)功能檢測與皮膚康復(fù)診斷，觸摸感知教育，虛擬現(xiàn)實(shí)的觸覺再現(xiàn)等領(lǐng)域。隨著技術(shù)的逐漸成熟，以虛擬現(xiàn)實(shí)和虛擬感知為主的觸覺再現(xiàn)將更廣泛地進(jìn)入人們的信息獲取領(lǐng)域里。

近幾年，相關(guān)方面的裝置比較多。目前，現(xiàn)有的各類觸覺刺激發(fā)生裝置都存在同樣的問題，裝置的力大小和振幅不可測和不可控，因而存在改進(jìn)需求或者被新實(shí)用新型替代，以實(shí)現(xiàn)力的頻率、方向、大小、作用時(shí)間可同步檢測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種集成了偏心輪，使用者可以調(diào)節(jié)觸覺刺激力大小和頻率，靈活性好的觸覺刺激力可測和力頻率可調(diào)的觸覺刺激裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案：一種觸覺刺激力可測和力頻率可調(diào)的觸覺刺激裝置，該裝置包括用于發(fā)送脈沖并帶動偏心輪轉(zhuǎn)動的交流電機(jī)機(jī)構(gòu)、用于產(chǎn)生彈性形變的彈性鋼尺機(jī)構(gòu)、用于產(chǎn)生力數(shù)據(jù)的偏心輪機(jī)構(gòu)和用于產(chǎn)生豎直方向上位移以改變刺激生物體表皮的探針機(jī)構(gòu)，所述交流電機(jī)機(jī)構(gòu)與偏心輪機(jī)構(gòu)固連，所述偏心輪機(jī)構(gòu)的偏心輪緊貼在彈性鋼尺機(jī)構(gòu)的彈性鋼尺上，彈性鋼尺機(jī)構(gòu)的下端面固設(shè)探針機(jī)構(gòu)。

所述交流電機(jī)機(jī)構(gòu)包括交流電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動器，所述偏心輪機(jī)構(gòu)由偏心輪、軸套和延長軸組成，所述偏心輪通過緊固螺栓與軸套相連，軸套通過緊固螺栓與延長軸相連，延長軸通過緊固螺栓與交流電機(jī)的電機(jī)輸出軸軸連。

所述彈性鋼尺機(jī)構(gòu)包括彈性鋼尺、X軸方向微調(diào)裝置、Y軸方向微調(diào)裝置和上支撐板，所述彈性鋼尺和上支撐板均為水平布置，所述上支撐板位于彈性鋼尺的上方，所述上支撐板通過鐵質(zhì)支撐柱固定在鋼制底板上，上支撐板向下通過緊固螺釘固定安裝X軸方向微調(diào)裝置，X軸方向微調(diào)裝置向下通過緊固螺釘固定安裝Y軸方向微調(diào)裝置，Y軸方向微調(diào)裝置通過緊固螺釘固定在彈性鋼尺上，所述彈性鋼尺向下固定探針機(jī)構(gòu)。

所述探針機(jī)構(gòu)包括壓力傳感器和探針，壓力傳感器通過緊固螺絲固定在彈性鋼尺的末端上，壓力傳感器的測力方向與彈性鋼尺的振動方向一致，探針粘貼在壓力傳感器上，所述壓力傳感器的輸出端與STM32微控制器的輸入端相連，STM32微控制器的輸出端與PC上位機(jī)的輸入端相連。

所述交流電機(jī)的外表面包裹防電磁材料,所述交流電機(jī)固設(shè)在大泡沫板上。

由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型利用交流電機(jī)轉(zhuǎn)動偏心輪，偏心輪施力壓迫具有彈性的懸臂梁鋼尺，在彈性鋼尺末端安裝壓力傳感器，在壓力傳感器面板沿測力方向固定刺激探針，通過調(diào)節(jié)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)動頻率控制偏心輪按壓彈性鋼尺的頻率，通過調(diào)節(jié)偏心輪與彈性鋼尺的作用點(diǎn)控制彈性鋼尺末端振動幅度，從而使探針產(chǎn)生力頻率、力振動幅度、力大小可測和可控的振動力。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，集成度高，工作安全；通過在交流電機(jī)外表面包裹防電磁材料，構(gòu)成電磁屏蔽裝置，因而干擾基本消除，信號穩(wěn)定性高；本實(shí)用新型采用無創(chuàng)機(jī)械刺激的方式，避免使用中造成創(chuàng)傷，由于頻率可調(diào)，刺激強(qiáng)度可調(diào)，力作用穩(wěn)定，并且可以靈活調(diào)制較寬頻率范圍的觸覺刺激。由于觸覺刺激力大小和力頻率可調(diào)，力作用穩(wěn)定，并且可以靈活調(diào)制0～30Hz頻率范圍的觸覺刺激。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為交流電機(jī)啟動前的靜息狀態(tài)到交流電機(jī)啟動后的壓力最大狀態(tài)的偏心輪和彈性鋼尺的位置狀態(tài)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型中探針機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種觸覺刺激力可測和力頻率可調(diào)的觸覺刺激裝置，該裝置包括用于發(fā)送脈沖并帶動偏心輪轉(zhuǎn)動的交流電機(jī)機(jī)構(gòu)、用于產(chǎn)生彈性形變的彈性鋼尺機(jī)構(gòu)、用于產(chǎn)生力數(shù)據(jù)的偏心輪機(jī)構(gòu)和用于產(chǎn)生豎直方向上位移以改變刺激生物體表皮的探針機(jī)構(gòu)，所述交流電機(jī)機(jī)構(gòu)與偏心輪機(jī)構(gòu)固連，所述偏心輪機(jī)構(gòu)的偏心輪10緊貼在彈性鋼尺機(jī)構(gòu)的彈性鋼尺9上，彈性鋼尺機(jī)構(gòu)的下端面固設(shè)探針機(jī)構(gòu)。

如圖1所示，所述交流電機(jī)機(jī)構(gòu)包括交流電機(jī)13和電機(jī)驅(qū)動器，所述偏心輪機(jī)構(gòu)由偏心輪10、軸套4和延長軸5組成，所述偏心輪10通過緊固螺栓與軸套4相連，軸套4通過緊固螺栓與延長軸5相連，延長軸5通過緊固螺栓與交流電機(jī)13的電機(jī)輸出軸軸連。所述交流電機(jī)13的外表面包裹防電磁材料6，所述防電磁材料6采用銀纖維紗布，所述交流電機(jī)13固設(shè)在大泡沫板14上以達(dá)到減震效果。

所述偏心輪10的外輪直徑D＝2R＝32mm，內(nèi)輪直徑d＝25mm，偏心距h＝3mm，彈性鋼尺9的長度L＝L1+L2＝1450mm，L1由X軸方向微調(diào)裝置3調(diào)節(jié)，L2為偏心輪10與彈性鋼尺9相切點(diǎn)到彈性鋼尺9最右端的距離長度，最大刺激深度

如圖1、2所示，所述彈性鋼尺機(jī)構(gòu)包括彈性鋼尺9、X軸方向微調(diào)裝置3、Y軸方向微調(diào)裝置8和上支撐板1，所述彈性鋼尺9和上支撐板1均為水平布置，所述上支撐板1位于彈性鋼尺9的上方，所述上支撐板1通過鐵質(zhì)支撐柱2固定在鋼制底板7上，上支撐板1向下通過緊固螺釘固定安裝X軸方向微調(diào)裝置3，X軸方向微調(diào)裝置3向下通過緊固螺釘固定安裝Y軸方向微調(diào)裝置8，Y軸方向微調(diào)裝置8通過緊固螺釘固定在彈性鋼尺9上，所述彈性鋼尺9向下固定探針機(jī)構(gòu)。上支撐板1和偏心輪10之間沒有接觸，偏心輪10和彈性鋼尺9接觸相切。所述鋼制底板7在實(shí)驗(yàn)中會產(chǎn)生較大振動，影響實(shí)驗(yàn)效果，在實(shí)際操作中應(yīng)將鋼制底板7固定在較大的實(shí)驗(yàn)平臺上同時(shí)在鋼制底板7上粘貼上相關(guān)的吸振材料。通過正交放置的X軸方向微調(diào)裝置3和Y軸方向微調(diào)裝置8可以精確地改變偏心輪10與彈性鋼尺9的接觸位置，以改變探針11豎直方向的刺激深度，模擬不同的觸覺感受。

如圖1、3所示，所述探針機(jī)構(gòu)包括壓力傳感器12和探針11，壓力傳感器12通過緊固螺絲固定在彈性鋼尺9的末端上，壓力傳感器12的測力方向與彈性鋼尺9的振動方向一致，探針11粘貼在壓力傳感器12上，所述壓力傳感器12的輸出端與STM32微控制器的輸入端相連，STM32微控制器的輸出端與PC上位機(jī)的輸入端相連。壓力傳感器12接受來自探針11傳來的壓力反饋，并通過有線方式將數(shù)據(jù)傳送給STM32微控制器，微控制器將數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的去噪處理數(shù)模轉(zhuǎn)換，并通過無線方式傳送給PC上位機(jī)。探針11豎直方向移動觸壓皮膚，根據(jù)牛頓第三定律，壓力傳感器12接收反饋來的力信號并將力信號轉(zhuǎn)化成電信號，發(fā)送給STM32微控制器，STM32微控制器實(shí)時(shí)記錄壓力信號，壓力傳感器就是一個(gè)將壓力轉(zhuǎn)換成電壓信號的裝置。

如圖1、2所示，在交流電機(jī)13通電后，通過調(diào)節(jié)交流電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動器產(chǎn)生一定穩(wěn)定脈沖，交流電機(jī)13據(jù)此穩(wěn)定轉(zhuǎn)動，通過軸套4與延長軸5固定的偏心輪10產(chǎn)生偏心轉(zhuǎn)動，壓迫與偏心輪10緊貼的彈性鋼尺9，彈性鋼尺9隨之產(chǎn)生彈性形變，固定在彈性鋼尺9下的探針11產(chǎn)生豎直方向上位移改變刺激相關(guān)生物體表皮，壓力傳感器12實(shí)時(shí)記錄由探針11刺激過來的反饋壓力信號并通過有線方式傳送給STM32微控制器。整個(gè)彈性鋼尺9在水平方向可通過X軸方向微調(diào)裝置3、Y軸方向微調(diào)裝置8進(jìn)行微調(diào)，從而在皮膚不同位置(精度0.1mm)實(shí)現(xiàn)觸覺刺激。

綜上所述，本實(shí)用新型利用交流電機(jī)13轉(zhuǎn)動偏心輪10，偏心輪10施力壓迫具有彈性的懸臂梁鋼尺，在彈性鋼尺9末端安裝壓力傳感器12，在壓力傳感器12面板沿測力方向固定刺激探針11，通過調(diào)節(jié)交流電機(jī)13的轉(zhuǎn)動頻率控制偏心輪10按壓彈性鋼尺9的頻率，通過調(diào)節(jié)偏心輪10與彈性鋼尺9的作用點(diǎn)控制彈性鋼尺9末端振動幅度，從而使探針11產(chǎn)生力頻率、力振動幅度、力大小可測和可控的振動力，探針11沿振動方向上下移動，刺激人體或動物的皮膚，從而實(shí)現(xiàn)一種觸覺刺激力可測和力頻率可調(diào)的觸覺刺激裝置。