一種基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置，包括電流變液原件、第一液態(tài)金屬柔性電路、屏蔽涂層、絕緣彈性材料、第二液態(tài)金屬柔性電路、含氨綸的彈性織物和防滑材料，絕緣彈性材料上開有用于容納電流變液原件的孔；絕緣彈性材料中內(nèi)嵌第一液態(tài)金屬柔性電路；電流變液原件的上表面和絕緣彈性材料的下表面上分別設(shè)置有屏蔽涂層；絕緣彈性材料的下表面上的屏蔽涂層的下方設(shè)置有彈性織物，彈性織物的下方設(shè)置有防滑材料；電流變液原件的上表面上還覆蓋有第二液態(tài)金屬柔性電路。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)快速，易于生產(chǎn)，成本較低，可以使使用者具體感受到視覺虛擬現(xiàn)實(shí)中物品的大小、形狀、硬度、手感等，觸感真實(shí)可信。
【專利說(shuō)明】
一種基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及視覺虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，為VR虛擬現(xiàn)實(shí)、AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、MR混合現(xiàn)實(shí)(以下統(tǒng)稱視覺虛擬現(xiàn)實(shí))等視覺虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備提供被動(dòng)觸覺反饋的技術(shù)通常都是基于震動(dòng)、基于壓電、基于電刺激等技術(shù)的主動(dòng)局部觸覺反饋，可以對(duì)局部虛擬接觸部位造成刺激，產(chǎn)生觸覺反饋錯(cuò)覺，但不能感受到虛擬現(xiàn)實(shí)中物體的具體大小、形狀、硬度、手感等。骨架式力反饋數(shù)據(jù)手套的機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，響應(yīng)較慢，重量較重，成本很高，不適合民用領(lǐng)域。超聲波觸覺反饋限制了使用環(huán)境，只能在有限區(qū)域提供一定程度的觸覺反饋，在視覺虛擬現(xiàn)實(shí)的世界中受到很大限制。
[0003]例如公開號(hào)為CN202230442U的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開了一種虛擬現(xiàn)實(shí)模擬系統(tǒng)中力反饋數(shù)據(jù)手套系統(tǒng)，包括手套，所述手套內(nèi)壁設(shè)置有氣囊，氣囊通過(guò)導(dǎo)管與氣栗相接，與氣栗相接的控制器控制氣栗的充氣與放氣;還包括一個(gè)紅外線檢測(cè)裝置，用來(lái)檢測(cè)手套的位置，并將檢測(cè)信號(hào)傳遞給控制器，控制器通過(guò)手套位置信息控制氣囊中的充氣量，通過(guò)控制手套內(nèi)氣囊的充氣和排氣，來(lái)對(duì)使用者的手部進(jìn)行壓迫。比如，在手套壓迫虛擬環(huán)境中模擬的是海綿體時(shí)，通過(guò)檢測(cè)手套的位置就可以改變氣囊充氣量，壓入海綿體越深，則手套內(nèi)氣囊充氣量越大，給手掌更大的壓力，反之，壓力越小。此專利的缺點(diǎn)在于:由于氣體具有壓縮性，故從氣栗開始響應(yīng)，到使用者感受到所反饋?zhàn)饔昧Φ难舆t較高；如加大氣栗空氣流量，則無(wú)法精確控制充氣量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置，以簡(jiǎn)單、低成本的方式讓使用者在產(chǎn)生觸覺反饋的同時(shí)，還可控制關(guān)節(jié)彎曲的程度(包括但不限于指關(guān)節(jié)、掌關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)等全身關(guān)節(jié)，視使用范圍不同可制成相應(yīng)的手套、護(hù)腕、衣服、褲子、鞋子等覆蓋關(guān)節(jié)的可穿戴設(shè)備)，具體感受到所接觸物體的大小、形狀、硬度、手感等。為使用者提供視覺虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域所不能提供的觸覺感受，使使用者可以全面接觸到視覺虛擬現(xiàn)實(shí)中的物體，產(chǎn)生更為身臨其境的感受。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置包括電流變液原件、第一液態(tài)金屬柔性電路、屏蔽涂層、絕緣彈性材料、第二液態(tài)金屬柔性電路、含氨綸的彈性織物和防滑材料，所述的絕緣彈性材料上開有孔，所述的孔用于容納電流變液原件;或者所述的絕緣彈性材料與電流變液原件一體成型;所述的電流變液原件為多個(gè)，相鄰的電流變液原件之間夾住絕緣彈性材料;相鄰的電流變液原件之間夾住的絕緣彈性材料中內(nèi)嵌第一液態(tài)金屬柔性電路，所述的第一液態(tài)金屬柔性電路連接控制電路的正極或負(fù)極，所述的第一液態(tài)金屬柔性電路為多個(gè)，相鄰的第一液態(tài)金屬柔性電路連接的電極極性相反;所述的電流變液原件的上表面和絕緣彈性材料的下表面上分別設(shè)置有屏蔽涂層，用于避免電場(chǎng)對(duì)電子設(shè)備的干擾;絕緣彈性材料的下表面上的屏蔽涂層的下方設(shè)置有含氨綸的彈性織物，所述的彈性織物的下方設(shè)置有防滑材料；電流變液原件的上表面上還覆蓋有第二液態(tài)金屬柔性電路。
[0006]本發(fā)明所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置包括電流變液原件、導(dǎo)電彈性材料、絕緣彈性材料、屏蔽涂層、含氨綸的彈性織物和防滑材料，所述的絕緣彈性材料上開有孔，所述的孔用于容納電流變液原件;或者所述的絕緣彈性材料與電流變液原件一體成型;所述的電流變液原件為多個(gè)，相鄰的電流變液原件之間夾住絕緣彈性材料；相鄰的電流變液原件之間夾住的絕緣彈性材料中內(nèi)嵌導(dǎo)電彈性材料，所述的導(dǎo)電彈性材料連接控制電路的正極或負(fù)極，所述的導(dǎo)電彈性材料為多個(gè)，相鄰的導(dǎo)電彈性材料連接的電極極性相反;所述的電流變液原件的上表面和絕緣彈性材料的下表面上分別設(shè)置有屏蔽涂層，用于避免電場(chǎng)對(duì)電子設(shè)備的干擾;絕緣彈性材料的下表面上的屏蔽涂層的下方設(shè)置有含氨綸的彈性織物，所述的彈性織物的下方設(shè)置有防滑材料。
[0007]所述的防滑材料設(shè)置在彈性織物上的非關(guān)節(jié)位置。
[0008]所述的電流變液原件是由絕緣的彈性材料構(gòu)成的空心管，所述的空心管內(nèi)充注有電流變液。
[0009]所述的電流變液原件包括由絕緣的彈性材料構(gòu)成的空心管，所述的空心管內(nèi)充注有電流變液;所述的空心管兩端分別連接一個(gè)內(nèi)部不含空氣的囊。
[0010]所述的電流變液原件的空心管的橫截面的形狀是三角形、方形、矩形或圓形，以取得不同的力學(xué)特性。
[0011]所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置設(shè)置在可穿戴設(shè)備上。
[0012]所述的可穿戴設(shè)備為覆蓋關(guān)節(jié)的可穿戴設(shè)備，包括手套、護(hù)腕、衣服或鞋子。
[0013]所述的電流變液原件的布局方式為與關(guān)節(jié)紋理平行的方向均勻密集布局。
[0014]所述的電流變液原件在相應(yīng)關(guān)節(jié)位置平行布局、垂直布局、矩形布局或交錯(cuò)布局，以取得不同的力學(xué)特性。
[0015]所述的絕緣彈性材料是絕緣彈性硅橡膠、絕緣彈性橡膠或絕緣彈性乳膠。
[0016]所述的導(dǎo)電彈性材料是導(dǎo)電彈性硅橡膠、導(dǎo)電彈性橡膠或?qū)щ姀椥匀槟z。
[0017]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，除了可以提供觸覺反饋以外，還可以使使用者具體感受到視覺虛擬現(xiàn)實(shí)中物品的大小、形狀、硬度、手感等。
[0018]與骨架式力反饋數(shù)據(jù)手套不同的是，本發(fā)明方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)快速，易于生產(chǎn)，成本較低，并且可以很簡(jiǎn)單地應(yīng)用到全身所有需要提供觸覺反饋的關(guān)節(jié)。
[0019]相比超聲波觸覺反饋，本發(fā)明不會(huì)受到笨重設(shè)備的限制，使用者可以在視覺虛擬現(xiàn)實(shí)世界中自由活動(dòng)，并且觸感真實(shí)可信。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明所述的電流變液原件一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4是本發(fā)明所述的電流變液原件另一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5是本發(fā)明所述的電流變液原件在可穿戴設(shè)備上的布局示意圖。
[0025]圖6是本發(fā)明所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置的受力分析示意圖。
[0026]圖7是圖1所示的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置的電路邏輯示意圖。
[0027]圖8是圖2所示的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置的電路邏輯示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0029]圖1示出了本發(fā)明所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置包括電流變液原件61、第一液態(tài)金屬柔性電路62、屏蔽涂層63、絕緣彈性材料64、第二液態(tài)金屬柔性電路65、含氨綸的彈性織物66和防滑材料67，所述的絕緣彈性材料64上開有孔，所述的孔用于容納電流變液原件61;或者所述的絕緣彈性材料與電流變液原件一體成型;所述的電流變液原件61為多個(gè)，相鄰的電流變液原件61之間夾住絕緣彈性材料64;相鄰的電流變液原件61之間夾住的絕緣彈性材料64中內(nèi)嵌第一液態(tài)金屬柔性電路62，所述的第一液態(tài)金屬柔性電路62連接控制電路的正極或負(fù)極，所述的控制電路能夠單獨(dú)控制每個(gè)正極的電壓，所述的第一液態(tài)金屬柔性電路62為多個(gè)，相鄰的第一液態(tài)金屬柔性電路62連接的電極極性相反(如圖6所示，從左到右的第一液態(tài)金屬柔性電路62依次連接負(fù)極、正極、負(fù)極、正極……)；所述的電流變液原件61的上表面和絕緣彈性材料64的下表面上分別設(shè)置有屏蔽涂層63，用于避免電場(chǎng)對(duì)電子設(shè)備的干擾;絕緣彈性材料64的下表面上的屏蔽涂層63的下方設(shè)置有含氨綸的彈性織物66，所述的彈性織物66的下方設(shè)置有防滑材料67;電流變液原件61的上表面上還覆蓋有第二液態(tài)金屬柔性電路65。
[0030]所述的防滑材料67設(shè)置在彈性織物66上的非關(guān)節(jié)位置。所述的非關(guān)節(jié)位置是指彈性織物66與人體的關(guān)節(jié)位置68之外的部位接觸的位置。圖1中以手指69為例，圖1中的關(guān)節(jié)位置68是指手指69上的關(guān)節(jié)位置，而非關(guān)節(jié)位置是指除了關(guān)節(jié)位置68以外的位置。
[0031]圖2示出了本發(fā)明所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。如圖2所示，本發(fā)明所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置包括電流變液原件1、導(dǎo)電彈性材料2、絕緣彈性材料3、屏蔽涂層4、含氨綸的彈性織物5和防滑材料6，所述的絕緣彈性材料3上開有孔，所述的孔用于容納電流變液原件I;或者所述的絕緣彈性材料與電流變液原件一體成型;所述的電流變液原件I為多個(gè)，相鄰的電流變液原件I之間夾住絕緣彈性材料3;相鄰的電流變液原件I之間夾住的絕緣彈性材料3中內(nèi)嵌導(dǎo)電彈性材料2，所述的導(dǎo)電彈性材料2連接控制電路的正極或負(fù)極，所述的控制電路可以單獨(dú)控制每個(gè)正極的電壓，所述的導(dǎo)電彈性材料2為多個(gè)，相鄰的導(dǎo)電彈性材料2連接的電極極性相反(如圖1所示，從左到右的導(dǎo)電彈性材料2依次連接負(fù)極、正極、負(fù)極、正極……)；所述的電流變液原件I的上表面和絕緣彈性材料3的下表面上分別設(shè)置有屏蔽涂層4，用于避免電場(chǎng)對(duì)電子設(shè)備的干擾;絕緣彈性材料3的下表面上的屏蔽涂層4的下方設(shè)置有含氨綸的彈性織物5，所述的彈性織物5的下方設(shè)置有防滑材料6。
[0032]所述的防滑材料6設(shè)置在彈性織物5上的非關(guān)節(jié)位置。所述的非關(guān)節(jié)位置是指彈性織物5與人體的關(guān)節(jié)位置8之外的部位接觸的位置。圖2中以手指7為例，圖2中的關(guān)節(jié)位置8是指手指7上的關(guān)節(jié)位置，而非關(guān)節(jié)位置是指除了關(guān)節(jié)位置8以外的位置。所述的防滑材料6采用透氣防滑的材質(zhì)。
[0033]第一實(shí)施例與第二實(shí)施例的區(qū)別在于，第一實(shí)施例中采用第一液態(tài)金屬柔性電路代替第二實(shí)施例中的電流變液原件夾層中使用的導(dǎo)電彈性材料2，同時(shí)用第二液態(tài)金屬柔性電路覆蓋電流變液原件三角底邊向外一面的外部。
[0034]使用液態(tài)金屬柔性電路代替導(dǎo)電彈性材料的目的是:液態(tài)金屬柔性電路的彈性好，可以減少手套形變的阻力，同時(shí)也可降低布線難度。
[0035]使用液態(tài)金屬柔性電路覆蓋電流變液原件的目的是:液態(tài)金屬柔性電路會(huì)隨著電流變液原件的變形擠壓凸起而產(chǎn)生形變，將液態(tài)金屬柔性電路接入可穿戴設(shè)備控制電路，可根據(jù)液態(tài)金屬柔性電路的形變程度準(zhǔn)確測(cè)算出關(guān)節(jié)彎曲程度，替代手勢(shì)傳感器。
[0036]所述的絕緣彈性材料3上的用于容納電流變液原件的孔的形狀與電流變液原件的形狀相同，或根據(jù)制作工藝的調(diào)整與電流變液原件一體成型。在絕緣彈性材料3上開孔的話，需要嵌入電流變液原件，但在長(zhǎng)期使用中嵌入部位的粘合劑老化可能造成電流變液原件從開孔剝離，一體成型的話就不會(huì)產(chǎn)生剝離的問(wèn)題。
[0037]如圖3所示，所述的電流變液原件I是由絕緣的彈性材料構(gòu)成的空心管，所述的空心管內(nèi)充注有電流變液。當(dāng)人體的關(guān)節(jié)部位對(duì)所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置施壓時(shí)，會(huì)使電流變液原件I靠近外表的一面(即電流變液原件I的上表面)鼓起，以承載關(guān)節(jié)形變擠壓出的液體。
[0038]圖4示出了電流變液原件I的另一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)。如圖4所示，所述的電流變液原件I包括由絕緣的彈性材料構(gòu)成的空心管，所述的空心管內(nèi)充注有電流變液;所述的空心管兩端分別連接一個(gè)內(nèi)部不含空氣的囊。在關(guān)節(jié)需要彎曲的情況下，空心管內(nèi)部的電流變液會(huì)受關(guān)節(jié)壓力被擠壓到兩側(cè)的囊中，而在需要提高相應(yīng)關(guān)節(jié)硬度的時(shí)候，電流變液會(huì)受電場(chǎng)影響而變?yōu)楣腆w，不會(huì)流入兩側(cè)的囊中。
[0039]具體實(shí)施時(shí)，根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置(例如手套)的功能層厚度和硬度的具體情況來(lái)確定選擇圖2所示的電流變液原件還是選擇圖3所示的電流變液原件。如使用的絕緣彈性材料硬度較高，則需要兩側(cè)有囊容納受力擠壓流出的電流變液;如使用的絕緣彈性材料硬度適中，則絕緣彈性硅膠本身凸起形變的部分即可容納受力擠壓流出的電流變液。
[0040]電流變液(Electrorheological Fluids)簡(jiǎn)稱ER液體或ER流體，發(fā)展歷史已經(jīng)有近50年了。電流變液稱為智能材料，是由于它具有受控變化的品質(zhì)，其屈服應(yīng)力、彈性模量能夠按照控制者的意志產(chǎn)生變化。早期的ER性能較差，上世紀(jì)八十年代末ER材料的研究得到突破，使它有可能逐漸獲得廣泛的應(yīng)用。電流變液在通常條件下是一種懸浮液，它在電場(chǎng)的作用下可發(fā)生液體一固體的轉(zhuǎn)變.當(dāng)外加電場(chǎng)強(qiáng)度大大低于某個(gè)臨界值時(shí)，電流變液呈液態(tài)；當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度大大高于這個(gè)臨界值時(shí)，它就變成固態(tài)。ER液體通常由具有高介電常數(shù)的固體微粒均勻分散在低介電常數(shù)的絕緣油中組成，固體微粒材料的性質(zhì)決定ER性能的好壞，是ER的關(guān)鍵組份。固體微粒材料可以采用多種材料制成，常用的有無(wú)機(jī)材料(如硅橡膠、娃招酸鹽、復(fù)合金屬氧化物、復(fù)合金屬氫氧化物)、高分子材料(如高分子半導(dǎo)體粒子)和復(fù)合型ER材料(可以是不同的無(wú)機(jī)材料的復(fù)合、不同的高分子材料的復(fù)合、無(wú)機(jī)材料和高分子材料的復(fù)合)。評(píng)價(jià)微粒材料的主要性能指標(biāo)是能夠提供的動(dòng)態(tài)剪切應(yīng)力的大小，動(dòng)態(tài)剪應(yīng)力大強(qiáng)度就高。此外，臨界電場(chǎng)(產(chǎn)生ER效應(yīng)的最小電場(chǎng)強(qiáng)度)要小，導(dǎo)電率要小。絕緣液體通常有硅油、食油、礦物油，絕緣液體應(yīng)具有較高的沸點(diǎn)，穩(wěn)定性、抗腐蝕性好。
[0041]所述的電流變液原件I的空心管的橫截面的形狀可以根據(jù)所使用的絕緣彈性材料的具體硬度與厚度決定，可以是三角形、正方形，也可以是矩形，圓形等形狀。
[0042]所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置設(shè)置在可穿戴設(shè)備上。
[0043]所述的可穿戴設(shè)備為覆蓋關(guān)節(jié)的可穿戴設(shè)備，包括手套、護(hù)腕、衣服、褲子或鞋子。
[0044]為了滿足可穿戴設(shè)備對(duì)不同身材(例如不同手掌大小)使用者的適用性，可穿戴設(shè)備的材料(例如手套材料)都采用彈性較高的材料，同時(shí)為了適應(yīng)不同身材(例如不同手掌大小)使用者的關(guān)節(jié)位置，電流變液原件在可穿戴設(shè)備上的布局較為密集。
[0045]圖5以手套為例說(shuō)明電流變液原件在可穿戴設(shè)備上的布局，如圖5所示，所述的電流變液原件I的布局方式為與關(guān)節(jié)紋理平行的方向均勻密集布局。需要說(shuō)明的是，圖5中只為表示原件布局方式，由于繪圖限制并不能體現(xiàn)出原件具體的布局密度。
[0046]關(guān)節(jié)紋理是指手掌中所有向內(nèi)彎曲的部位，通常這些部位都有清晰的粗大紋理，比如手指關(guān)節(jié)線，和手相中提到的事業(yè)線、生命線、智慧線、感情線等部分的掌紋。
[0047]以手套為例，電流變液原件密集布局在手套手掌一面，通過(guò)調(diào)整電流變液原件兩側(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度，可以改變相應(yīng)位置電流變液原件的硬度，使整個(gè)手掌一面維持具有一定硬度的形狀，從而對(duì)使用者的手掌、手指提供被動(dòng)觸覺反饋。
[0048]除了圖5所示的布局方式以外，電流變液原件在相應(yīng)關(guān)節(jié)位置可有多種布局方式，可在關(guān)節(jié)位置平行布局，也可垂直布局;可以矩形布局，也可交錯(cuò)布局。
[0049]圖6以手套為例說(shuō)明本發(fā)明所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置的受力情況。如圖6所示，當(dāng)使用者戴著安裝有本發(fā)明所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置的手套握住棒球的時(shí)候，本發(fā)明通過(guò)控制可穿戴手套的硬度，使手套實(shí)際彎曲程度吻合棒球顯示的大小，使使用者真實(shí)感受到所抓握物體的大小、形狀、硬度、手感。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)相應(yīng)關(guān)節(jié)彎曲到視覺虛擬現(xiàn)實(shí)所需程度時(shí)，對(duì)應(yīng)位置的電流變液原件兩側(cè)的導(dǎo)電彈性材料或液態(tài)金屬?gòu)椥噪娐肥┘与妷海闺娏髯円涸挠捕忍岣撸娏髯円涸?huì)對(duì)功能層(即絕緣的彈性材料)施加橫向反作用力阻止功能層的進(jìn)一步形變。手指則會(huì)通過(guò)擠壓感覺到功能層的反作用力，從而提供觸覺反饋。
[0050]第二實(shí)施例的觸覺反饋裝置只為使用者提供被動(dòng)觸覺反饋提出解決方案，需要配合可捕捉使用者關(guān)節(jié)彎曲程度的傳感器和空間定位傳感器使用。同時(shí)，第二實(shí)施例的觸覺反饋裝置為被動(dòng)觸覺反饋，不能為使用者提供震動(dòng)等主動(dòng)觸覺反饋，可以結(jié)合局部主動(dòng)觸覺反饋使用。
[0051]本發(fā)明所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置需要與空間位置傳感器、手勢(shì)傳感器這些數(shù)據(jù)手套已經(jīng)具備的功能協(xié)同工作。在體現(xiàn)抓握不同硬度物體的時(shí)候，需要程序定義所接觸碰撞體的硬度，根據(jù)空間位置傳感器和手勢(shì)傳感器來(lái)定義手套與碰撞體的接觸方式。調(diào)節(jié)相應(yīng)位置的電場(chǎng)強(qiáng)度即可調(diào)節(jié)相應(yīng)位置電流變液原件的硬度，從而對(duì)相應(yīng)位置的關(guān)節(jié)產(chǎn)生被動(dòng)阻力，反饋出物體的硬度。
[0052]圖7示出了圖1所示的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置的電路邏輯示意圖。如圖7所示，以手套為例，手套上的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置的第一液態(tài)金屬柔性電路需要根據(jù)在手掌上具體所處的位置編入坐標(biāo)參數(shù)，再接入控制電路，作為輸出設(shè)備對(duì)用戶提供觸覺反饋。
[0053]同樣以手套為例，第二液態(tài)金屬柔性電路同樣需要根據(jù)在手掌上具體所處的位置編入坐標(biāo)參數(shù)，再接入控制電路，作為輸入設(shè)備手勢(shì)傳感器對(duì)處理器傳送手勢(shì)信息。
[0054]控制電路通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化為I/O信號(hào)與處理器進(jìn)行通信。
[0055]需要指出的是，本發(fā)明所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置只提供觸覺反饋輸出，需要與手勢(shì)傳感器、空間位置傳感器的輸入功能協(xié)同工作。但是第二液態(tài)金屬柔性電路作為手勢(shì)傳感器的布局方式是本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出的具有突出性實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步的改進(jìn)。
[0056]圖8是圖2所示的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置的電路邏輯示意圖。如圖8所示，以手套為例，手套上的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置的彈性導(dǎo)電材料需要根據(jù)在手掌上具體所處的位置編入坐標(biāo)參數(shù)，再接入控制電路，作為輸出設(shè)備對(duì)用戶提供觸覺反饋。
[0057]控制電路通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化為I/O信號(hào)與處理器進(jìn)行通信。
[0058]需要再次強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置只提供觸覺反饋輸出，需要與手勢(shì)傳感器、空間位置傳感器的輸入功能協(xié)同工作。
[0059]本發(fā)明所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，除了可以提供觸覺反饋以外，還可以使使用者具體感受到視覺虛擬現(xiàn)實(shí)中物品的大小、形狀、硬度、手感等。以觸覺反饋手套舉例說(shuō)明:基于電刺激方案的觸覺反饋手套在接觸視覺虛擬現(xiàn)實(shí)中的棒球時(shí)，布局在手掌一側(cè)的電刺激原件對(duì)手掌、手指等相應(yīng)接觸位置進(jìn)行一定程度的電刺激，從而使使用者產(chǎn)生觸覺反饋錯(cuò)覺，但實(shí)際上使用者手掌的抓握程度可能不符合視覺虛擬現(xiàn)實(shí)中棒球顯示的大小，使觸覺反饋不夠真實(shí)。而本發(fā)明方案通過(guò)控制可穿戴手套的硬度，使手套實(shí)際彎曲程度吻合棒球顯示的大小，使使用者真實(shí)感受到所抓握物體的大小、形狀、硬度和手感。假設(shè)被抓握物體換成充水的氣球，通過(guò)調(diào)整相應(yīng)關(guān)節(jié)位置的電流變液原件電壓，可以使手套降低硬度，從而感受到充水氣球柔軟的手感。
[0060]雖然，上文中已經(jīng)用一般性說(shuō)明及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置，其特征在于，所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置包括電流變液原件、第一液態(tài)金屬柔性電路、屏蔽涂層、絕緣彈性材料、第二液態(tài)金屬柔性電路、含氨綸的彈性織物和防滑材料，所述的絕緣彈性材料上開有孔，所述的孔用于容納電流變液原件;或者所述的絕緣彈性材料與電流變液原件一體成型;所述的電流變液原件為多個(gè)，相鄰的電流變液原件之間夾住絕緣彈性材料;所述絕緣彈性材料中內(nèi)嵌第一液態(tài)金屬柔性電路，所述的第一液態(tài)金屬柔性電路連接控制電路的正極或負(fù)極，所述的控制電路能夠單獨(dú)控制每個(gè)正極的電壓，所述的第一液態(tài)金屬柔性電路為多個(gè)，相鄰的第一液態(tài)金屬柔性電路連接的電極極性相反;所述的電流變液原件的上表面和絕緣彈性材料的下表面上分別設(shè)置有屏蔽涂層，用于避免電場(chǎng)對(duì)電子設(shè)備的干擾;絕緣彈性材料的下表面上的屏蔽涂層的下方設(shè)置有含氨綸的彈性織物，所述的彈性織物的下方設(shè)置有防滑材料;電流變液原件的上表面上還覆蓋有第二液態(tài)金屬柔性電路。2.—種基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置，其特征在于，所述基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置包括電流變液原件、導(dǎo)電彈性材料、絕緣彈性材料、屏蔽涂層、含氨綸的彈性織物和防滑材料，所述的絕緣彈性材料上開有孔，所述的孔用于容納電流變液原件;或者所述的絕緣彈性材料與電流變液原件一體成型;所述的電流變液原件為多個(gè)，相鄰的電流變液原件之間夾住絕緣彈性材料;所述絕緣彈性材料中內(nèi)嵌導(dǎo)電彈性材料，所述的導(dǎo)電彈性材料連接控制電路的正極或負(fù)極，所述的控制電路能夠單獨(dú)控制每個(gè)正極的電壓，所述的導(dǎo)電彈性材料為多個(gè)，相鄰的導(dǎo)電彈性材料連接的電極極性相反；所述的電流變液原件的上表面和絕緣彈性材料的下表面上分別設(shè)置有屏蔽涂層，用于避免電場(chǎng)對(duì)電子設(shè)備的干擾;絕緣彈性材料的下表面上的屏蔽涂層的下方設(shè)置有含氨綸的彈性織物，所述的彈性織物的下方設(shè)置有防滑材料。3.如權(quán)利要求1或2所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置，其特征在于，所述的防滑材料設(shè)置在彈性織物上的非關(guān)節(jié)位置。4.如權(quán)利要求3所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置，其特征在于，所述的電流變液原件是由絕緣的彈性材料構(gòu)成的空心管，所述的空心管內(nèi)充注有電流變液;或者所述的電流變液原件包括由絕緣的彈性材料構(gòu)成的空心管，所述的空心管內(nèi)充注有電流變液;所述的空心管兩端分別連接一個(gè)內(nèi)部不含空氣的囊。5.如權(quán)利要求4所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置，其特征在于，所述的電流變液原件的空心管的橫截面的形狀是三角形、正方形、矩形或圓形，以取得不同的力學(xué)特性。6.如權(quán)利要求5所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置，其特征在于，所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置設(shè)置在可穿戴設(shè)備上。7.如權(quán)利要求6所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置，其特征在于，所述的可穿戴設(shè)備為覆蓋關(guān)節(jié)的可穿戴設(shè)備，包括手套、護(hù)腕、衣服或鞋子。8.如權(quán)利要求7所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置，其特征在于，所述的電流變液原件的布局方式為與關(guān)節(jié)紋理平行的方向均勻密集布局;或者所述的電流變液原件在相應(yīng)關(guān)節(jié)位置平行布局、垂直布局、矩形布局或交錯(cuò)布局，以取得不同的力學(xué)特性。9.如權(quán)利要求1或2所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置，其特征在于，所述的絕緣彈性材料是絕緣彈性硅橡膠、絕緣彈性橡膠、或絕緣彈性乳膠。10.如權(quán)利要求2所述的基于電流變液原件的虛擬現(xiàn)實(shí)被動(dòng)觸覺反饋裝置，其特征在于，所述的導(dǎo)電彈性材料是導(dǎo)電彈性硅橡膠、導(dǎo)電彈性橡膠或?qū)щ姀椥匀槟z。
【文檔編號(hào)】G06F3/01GK106066698SQ201610421864
【公開日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日 公開號(hào)201610421864.X, CN 106066698 A, CN 106066698A, CN 201610421864, CN-A-106066698, CN106066698 A, CN106066698A, CN201610421864, CN201610421864.X
【發(fā)明人】王良
【申請(qǐng)人】王良