[发明专利]通过触觉刺激模拟与表面的接触的系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于通过触觉刺激模拟与表面的接触的系统，例如涉及模拟物体的粗糙度或握持(gripping)，例如在虚拟现实领域中设计用作触觉界面或在各个领域，例如运输、电信、数据处理等中作为感知界面。

背景技术

文献US2009/0036212公开了一种提供触觉信息的系统。所述系统提供有自由地沿两个方向运动的表面，这将在手指的指腹上产生剪切力并且提供关于方向的信息。然而，该类型的系统不能产生肌理的真实感知，并且不能模拟表面粗糙度。

也存在虚拟现实手套。在文献US6275213中公布了这种类型的手套。所述手套包括在手指的端部的振动器。当需要所述手套来模拟手指进行与虚拟物体的接触时，启动振动器并且在关注的手指处产生单频振动。然而，该信息是仅仅为一个象征，不会提供给使用者真实的感觉。

也存在类似在文献US5583478中公开的系统，所述系统包括通过压痕(indentation)刺激手指的指腹的销(pin)。

然而，例如局部刺激不能正确地模拟物体的握持。

因此，本发明的目的是公开一种通过触觉刺激为使用者提供真实感知的用于模拟与表面的接触的系统。

发明内容

通过如下系统实现之前提到的目的，所述系统包括：表面，所述表面将与使用者的皮肤的区域进行接触，所述表面沿至少一个方向是可运动的，有利地，沿彼此直交的两个方向是可运动的，从而在皮肤的区域处沿一个方向或两个方向产生剪切力。

此外，所述系统包括电磁致动器以使所述表面沿所述方向或沿直交的方向运动，能够提供高刺激频率，从而感觉到的动态交互，例如表面的肌理能够被真实地复写。随后，根据本发明的系统能够产生表面的触觉肌理的非常高质量的重现。

例如，致动器能够输出在0Hz和1200Hz之间的刺激频率。

换句话说，所述电磁致动器通过刺激表面的移动使得施加至皮肤的区域的刺激能够非常快速更新，从而能够特别真实地模拟对表面的肌理的修饰(modification)。

在一个具体实施方式中，所述表面也可沿直交于表面的轴运动，从而施加正交于皮肤区域的力并且定向，从而使皮肤区域变形。然后，所述系统通过压痕产生局部刺激。然后，可模拟通过手，皮肤的区域例如手指的指腹对物体的握持，以及随后系统被设计用于至少两个手指。通过施加正交于手指的表面的力来模拟挤压力，并且通过施加正切于手指的表面的力来模拟物体的重量。通过切向力的变化来模拟滑动。

有利地，所述表面通过支撑构件来支撑，所述支撑构件在移动方向中是可弹性变形的，简单地提供一个或两个在转移中所需的角度以及形成回复至所述表面的平衡位置的构件。

然后，本发明主题是一种通过触觉刺激用于模拟与表面的接触的系统，所述系统包括：刺激表面，所述刺激表面将与使用者的皮肤的区域进行接触，所述系统包括：移动构件，所述移动构件沿至少一个大致与所述皮肤的区域正切的第一方向移动所述刺激表面，基于待产生的模拟控制所述移动构件，其中，所述移动构件为电磁致动器。非常有利地，移动构件还能够沿与所述第一方向直交的且大致与所述皮肤的区域正切的第二方向移动所述刺激表面。

在一个示例性实施方式中，移动刺激表面的构件包括：三个电磁致动器，所述电磁致动器布置在圆周上绕支撑所述刺激表面的活动元件以彼此间隔120°分布。

在另一个示例性实施方式中，移动刺激表面的构件包括：四个电磁致动器，两个致动器在支撑所述刺激表面的活动元件的各个边上沿第一移动方向放置，并且两个致动器在支撑所述刺激表面的活动元件的各个边上沿第二移动方向放置。

各个电磁致动器可包括螺线管和芯体，所述螺线管环绕所述芯体放置，所述芯体具有用于界定与所述活动元件的面之间的气隙的自由面。在一个有利的实施例中，所述芯体的截面沿所述活动元件的方向减小。有利地，界定各个所述电磁致动器的气隙的面相对于由所述第一移动方向和所述第二移动方向限定的平面是倾斜的，例如是以25°的角度倾斜的。

在另一示例性实施方式中，所述刺激表面能够沿与所述第一方向和所述第二方向直交的第三方向移动，所述系统包括沿所述第三方向移动所述刺激表面的移动构件。有利地，沿所述第三方向的移动构件与沿所述第一方向(X)和第二方向(Y)的移动构件相同。

例如，刺激表面可具有平均振幅小于或等于100μm的粗糙度。

根据本发明的模拟系统可包括底架和所述刺激表面的支撑构件，所述支撑构件沿至少一个移动方向是可弹性变形的，从而能够沿所述方向移动所述刺激表面并且将所述刺激表面带回至平衡位置。