一种触觉反馈方法以及系统

    技术2025-04-06  36


    本发明涉及人机交互,尤其涉及一种触觉反馈方法以及系统。


    背景技术:

    1、智能机器人技术是在新技术革命中迅速发展起来的学科,它集合了精密机械、光学、材料学、电子学、自动控制、人工智能等技术,大规模应用于工业、航天、军事、勘探、救援、医疗、民生等领域。随着智能机器人技术在社会生产中的广泛运用,如何实现高效、安全的人机交互成为一个重要课题。人机交互是一门研究系统与用户之间的交互关系的学问,其核心目标就是实现高效、有效和安全的交互。

    2、传统的智能机器人领域对从使用者到机器人的信息通路研究非常多,有大量的技术诸如肌电图,脑机接口等等,已经趋向于成熟。但是,目前对于从机器人到使用者的信息通路研究尚未成熟,现有的机器人向使用者的感官反馈方法是通过电刺激电极产生电刺激来实现,这种触觉反馈方法往往采用有限的信息传递模态,产生的信号种类少,只能有限反馈单种信息,并且这种触觉反馈方法通过电流刺激实现反馈,其安全性低、普适性较差。


    技术实现思路

    1、本发明所要解决的技术问题是:提供一种触觉反馈方法以及系统,以解决现有的触觉反馈方法信号种类少的问题。

    2、为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:一种触觉反馈方法,包括以下步骤:

    3、s1:获取第一感应信号和第二感应信号;

    4、s2:对所述第一感应信号离散化解析和编码,以生成第一驱动指令;对所述第二感应信号连续线性编码,以生成第二驱动指令;

    5、s3:由多个触觉反馈机构组成的反馈阵列根据所述第一驱动信号,分别驱动各个所述触觉反馈机构执行相应的反馈动作;高频振动机构根据所述第二驱动指令调节其产生的第二振动的频率。

    6、进一步的,所述步骤s3中,分别驱动各个所述触觉反馈机构执行相应的反馈动作,包括:

    7、所述触觉反馈机构包括双稳态梁和用于驱动双稳态梁发生形变的第一记忆金属件和第二记忆金属件;根据所述第一驱动指令,激励第一记忆金属件或者第二记忆金属件,以使双稳态梁靠近或者远离人体皮肤;或者,根据所述第一驱动指令,交错时间地激励所述第一记忆金属件和所述第二记忆金属件,以使双稳态梁发生反复形变,并且所述触觉反馈机构产生第一振动。

    8、进一步的,所述步骤s2中,对所述第一感应信号离散化解析和编码,以生成第一驱动指令,包括:

    9、s211:设置多个信号值区间,并且对应多个所述信号值区间分别设置多个驱动目标;

    10、s212:确定所述第一感应信号所属的信号值区间,获取其所属的信号值区间相对应的驱动目标;

    11、s213:获取各个所述触觉反馈机构的状态信息,根据各个所述触觉反馈机构的状态信息和对应的所述驱动目标生成第一驱动指令。

    12、进一步的,所述步骤s211中,设置多个参数区间范围,包括:

    13、根据以下公式设置第一感应信号值区间:

    14、

    15、其中,为所述第一感应信号的上限值,为所述第一感应信号的下限值,为信号值区间的总数量,为信号值区间的编号,并且,为第一感应信号的数值。

    16、进一步的,所述步骤s211中,对应多个所述第一感应信号值区间分别设置多个驱动目标,包括:多个所述第一感应信号值区间依次编号,根据所述第一感应信号值区间的编号和预设比例,获取执行相应的反馈动作的触觉反馈机构的数量。

    17、进一步的,获取第三感应信号;根据所述第三感应信号生成顺序指令,驱动各个所述触觉反馈机构依次执行的反馈动作。

    18、进一步的,所述步骤s2中,根据所述第二感应信号生成第二驱动指令,包括:根据所述第二感应信号获取归一化值;将所述归一化值映射为电压值,以所获得的电压值作为所述高频振动机构的驱动电压。

    19、进一步的,根据以下公式获得所述驱动电压:

    20、

    21、其中,为所述驱动电压,为归一化值,为所述第二感应信号,为所述第二感应信号的最大值,为所述驱动电压的最大值。

    22、本发明还提供了一种触觉反馈系统,包括感应单元和反馈单元,所述感应单元包括第一传感器和第二传感器,所述反馈单元包括控制器、高频振动模块和由多个触觉反馈机构组成的反馈阵列;所述控制器分别与所述第一传感器、所述第二传感器通信连接,所述控制器与所述高频振动机构和所述触觉反馈机构电连接;所述第一传感器用于产生第一感应信号,所述控制器获取所述第一感应信号,并且根据所述第一感应信号生成第一驱动指令,所述控制器根据所述第一驱动指令驱动各个触觉反馈机构执行相应的反馈动作;所述第二传感器用于产生第二感应信号,所述控制器获取所述第二感应信号,并且根据所述第二感应信号生成第二驱动指令,所述高频振动机构根据所述第二驱动指令调节其产生的第二振动的频率。

    23、进一步的,所述触觉反馈机构包括双稳态梁和用于驱动双稳态梁发生形变的第一记忆金属件和第二记忆金属件;所述控制器根据所述第一驱动指令,对第一记忆金属件或者第二记忆金属件通电,以使双稳态梁靠近或者远离人体皮肤;或者,所述控制器根据所述第一驱动指令,对所述第一记忆金属件和所述第二记忆金属件交错时间通电,以使双稳态梁发生反复形变,并且所述触觉反馈机构产生第一振动。

    24、本发明的有益效果在于:本发明提供的这种触觉反馈方法能够通过两种感应信号来分别获取第一驱动指令第二驱动指令,并且通过第一驱动指令驱动触觉反馈机构产生相应的运动,第二驱动指令驱动高频振动机构产生第二振动,其中,触觉反馈机构和高频振动机构两者所产生的触觉感受存在明显差异,易于辨识;具体的,触觉反馈机构作用于人体皮肤上能够产生触觉或者低频高振幅的第一振动。该触觉反馈方法结合触觉反馈机构与高频振动机构产生触觉反馈,通过两种差异明显的触觉感受其能够实现多模态、高效率的反馈效果,该触觉反馈方法的信息分辨率高;另外,该触觉反馈方法无需通过电流刺激,因此其安全性与普适性更强。



    技术特征:

    1.一种触觉反馈方法,其特征在于,包括以下步骤:

    2.根据权利要求1所述的触觉反馈方法,其特征在于,所述步骤s3中,分别驱动各个所述触觉反馈机构执行相应的反馈动作,包括:

    3.根据权利要求1所述的触觉反馈方法,其特征在于,所述步骤s2中,对所述第一感应信号离散化解析和编码,以生成第一驱动指令,包括:

    4.根据权利要求3所述的触觉反馈方法,其特征在于,所述步骤s211中,设置多个参数区间范围,包括:

    5.根据权利要求3所述的触觉反馈方法,其特征在于,所述步骤s211中,对应多个所述第一感应信号值区间分别设置多个驱动目标,包括:多个所述第一感应信号值区间依次编号,根据所述第一感应信号值区间的编号和预设比例,获取执行相应的反馈动作的触觉反馈机构的数量。

    6.根据权利要求1所述的触觉反馈方法,其特征在于,还包括:获取第三感应信号;根据所述第三感应信号生成顺序指令,驱动各个所述触觉反馈机构依次执行的反馈动作。

    7.根据权利要求1所述的触觉反馈方法,其特征在于,所述步骤s2中,根据所述第二感应信号生成第二驱动指令,包括:根据所述第二感应信号获取归一化值;将所述归一化值映射为电压值,以所获得的电压值作为所述高频振动机构的驱动电压。

    8.根据权利要求7所述的触觉反馈方法,其特征在于,根据以下公式获得所述驱动电压:

    9.一种触觉反馈系统,其特征在于,包括感应单元和反馈单元,所述感应单元包括第一传感器和第二传感器,所述反馈单元包括控制器、高频振动模块和由多个触觉反馈机构组成的反馈阵列;所述控制器分别与所述第一传感器、所述第二传感器通信连接,所述控制器与所述高频振动机构和所述触觉反馈机构电连接;所述第一传感器用于产生第一感应信号,所述控制器获取所述第一感应信号,并且根据所述第一感应信号生成第一驱动指令,所述控制器根据所述第一驱动指令驱动各个触觉反馈机构执行相应的反馈动作;所述第二传感器用于产生第二感应信号,所述控制器获取所述第二感应信号,并且根据所述第二感应信号生成第二驱动指令,所述高频振动机构根据所述第二驱动指令调节其产生的第二振动的频率。

    10.根据权利要求9所述的触觉反馈系统,其特征在于,所述触觉反馈机构包括双稳态梁和用于驱动双稳态梁发生形变的第一记忆金属件和第二记忆金属件;所述控制器根据所述第一驱动指令,对第一记忆金属件或者第二记忆金属件通电,以使双稳态梁靠近或者远离人体皮肤;或者,所述控制器根据所述第一驱动指令,对所述第一记忆金属件和所述第二记忆金属件交错时间通电,以使双稳态梁发生反复形变,并且所述触觉反馈机构产生第一振动。


    技术总结
    本发明公开了一种触觉反馈方法,其包括以下步骤:获取第一感应信号和第二感应信号;对所述第一感应信号离散化解析和编码,以生成第一驱动指令;对所述第二感应信号连续线性编码,以生成第二驱动指令;由多个触觉反馈机构组成的反馈阵列根据所述第一驱动信号,分别驱动各个所述触觉反馈机构执行相应的反馈动作,高频振动机构根据所述第二驱动指令调节其产生的第二振动的频率。本发明还公开了一种应用上述触觉反馈方法的触觉反馈系统。本发明提供的这种触觉反馈方法能够通过触觉反馈机构和高频振动机构对使用者产生两者存在明显差异的触觉感受,该触觉反馈方法无需通过电流刺激,因此其安全性与普适性更强。

    技术研发人员:张世武,陶哲,金虎,马文鹏,欧阳一鸣,张浩宇,王铎霖,刘海燕,杨浩
    受保护的技术使用者:中国科学技术大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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