[发明专利]一种用于增强现实的多模态触觉感知可穿戴装置

说明书

本发明公开了一种用于增强现实的多模态触觉感知可穿戴装置。包括左右手套、集控板、接继板、温变片、振动件和轻质电缆；每个手套的五个手指尖的指腹位置均布置有振动件，每个手套的手背的中部均布置有温变片；轻质电缆分为前后轻质电缆，每个手套的振动件和温变片经前轻质电缆和接继板连接，两块接继板经后轻质电缆和集控板连接；虚拟场景的触觉信号通过蓝牙无线传输给集控板，经过集控板的信号处理传输给温变片和振动件，产生可被人手皮肤感知的冷热感和震动感的多模态触觉。本发明体积小、重量轻、成本较低、安装方便、便于携带且不妨碍双手自然人机交互，能够再现虚拟场景的多模态触觉信息，为感知增强现实环境的虚拟触觉信息提供感知方式。

技术领域

本发明涉及一种触觉反馈装置，尤其是涉及一种用于增强现实的多模态触觉感知可穿戴装置。

背景技术

增强现实技术是一种把真实世界和虚拟世界进行无缝融合的新技术，把原本在现实世界的一定时空范围内很难体验到的信息，通过显示技术、交互技术、传感技术和CG技术等，将虚拟信息呈现到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。

然而，目前增强现实的虚拟信息主要表现在视觉感知和听觉感知，还较少涉及触觉感知。作为人体分布最广且最基本的感觉，触觉列为“五感”之首，被誉为人类认知世界之母。因此，很有必要实现增强现实环境的触觉信息感知，给用户呈现一个触觉真实的新环境，拓宽增强现实技术在军事、医疗、建筑、教育、工程、影视和娱乐等领域的应用。

触觉信息感知是指利用计算机和特定的算法来计算用户与虚拟环境之间的交互作用，然后使用触觉反馈设备在用户身上复现，刺激皮肤中的各种感受小体使人们真实地感受到虚拟环境中的触觉信息。当前的研究工作已经通过不同的执行器实现了振动、温度、压力等多种触觉信息反馈。

在振动触觉反馈的相关研究工作中，Zeng等人研制了一种可以放置在眼睛周围的装置，该装置采用柔性振动器(12*12*6mm)产生震动感觉。他们通过两种虚拟场景，研究了震动在改善VR沉浸感中的作用。Yu等人研发了一种可覆盖于皮肤表面的无创装置，通过调节32个制动器，实现震动触觉的模拟。Ninu等人研制了一种可以独立调节振动幅度和频率的触觉刺激装置。Dharma等人提出了一种由60个振动触觉执行器组成的触觉背心，可以产生具有复杂空间和时间特性的多种触觉模式。Lehman等人研制的FeelSleeve触觉装置，采用压电驱动，通过调节音频激励器的激励电场来产生震动。

在温度触觉反馈的相关研究工作中，Chen等人提出热感是材料识别的重要因素之一，Ho等人验证了温度信息在材料识别和定位中的作用。陈从颜等人设计了一种基于复合帕尔贴模块的温度触觉感知模块，并分析了其应用在特殊人群导航领域的可行性。Peiris将帕尔贴集成在HMD设备中，直接向使用者面部提供温度反馈，提高了交互时的沉浸感。Peng采用热反馈模拟了一种穿透身体的感觉。

虽然上述研究工作实现了不同使用场合下的单模态触觉反馈，但是对于增强现实环境中多模态触觉信息感知而言仍有不足。Song等人设计了一种采用振动、温度和压力变化实现信息提醒的腕带式设备。Ranasinghe等人研制了一款头盔式触觉感受装置，可以感受风和温度。他们在头盔的脑后部添加了一个小型精油瓶，通过压电扩散器和导管将精油喷到鼻子的位置，并使用微型风扇将挥发性精油吹入鼻腔，同时在头盔下部添加风扇，向下颌及面部吹风以产生风的感觉，并在颈部安装半导体致冷器以产生温度感觉。Wolf等人研制了一种触觉感受装置，通过在HMD设备与面部皮肤接触的一面安装半导体致冷器和微型振动器来模拟振动感和冷热感。并通过用户使用体验研究了装置的性能，结果表明该装置在游戏场景下具有较好的用户体验。

综上所述，目前触觉感知装置在多模态性、便携性和易用性等方面还存在诸多不足。本发明创新地设计了一种多模态触觉感知可穿戴装置，可以产生符合手部皮肤感知特性的冷热感和震动感，提升了增强现实环境的真实性，为自然人机交互过程中触觉反馈提供了一种可行的解决方案。

发明内容