一種可用于觸覺反饋系統(tǒng)的手指定位裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種可用于觸覺反饋系統(tǒng)的手指定位裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前,觸覺反饋系統(tǒng)主要研究物體表面紋理的再現(xiàn),它通過模擬操作者與紋理表 面接觸時的凹凸感和粗糙感,將紋理的物理屬性傳遞給操作者。其中,基于摩擦力的觸覺反 饋系統(tǒng)是利用擠壓氣膜效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)手指觸感的變化的。此類觸覺反饋系統(tǒng)通過手指定位裝 置實(shí)時檢測手指位置,進(jìn)而控制壓電陶瓷矩陣驅(qū)動單元驅(qū)動觸摸板背面的壓電片產(chǎn)生不同 的振動幅度,帶動觸摸板高頻振動,從而實(shí)現(xiàn)微小紋理粗糙感的再現(xiàn)。因此,設(shè)計一種高精 度與高集成化,并能在高頻振動環(huán)境下工作的手指定位裝置成為觸覺反饋設(shè)計的技術(shù)要 點(diǎn)。
[0003] 現(xiàn)有的手指定位裝置有多種方案,比如應(yīng)用較為廣泛的電阻或電容屏,但其工作 原理決定了不能在它們的背面增加執(zhí)行器件使其高頻振動,這樣會使手指定位嚴(yán)重失真, 因此其最大的問題是不能應(yīng)用于觸覺反饋系統(tǒng)中高頻振動的環(huán)境。利用力傳感器可以實(shí)現(xiàn) 高頻振動環(huán)境下的手指定位,但定位精度不高,誤差等級為毫米。利用紅外定位,可以實(shí)現(xiàn) 裝置高度集成,只在邊框安裝紅外發(fā)射管和紅外接收管,但由于紅外線接收管體積的限制, 其分辨率為〇. 5_,定位精度也不高。還有一些定位裝置雖然精度較高,但集成度不高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處,提供了一種可用于觸覺反饋系統(tǒng)的 手指定位裝置,屬于基于變摩擦力的紋理再現(xiàn)系統(tǒng)的手指定位裝置,適用范圍廣,特別是在 觸覺反饋系統(tǒng)的接觸終端所要求的高頻振動環(huán)境下,檢測手指位置不會受高頻振動的影 響;且檢測精度高,體積小,裝置透明度高,使觸覺反饋系統(tǒng)更加集成化,為觸覺反饋系統(tǒng)提 供了更加廣闊的發(fā)展前景。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之一是:
[0006] -種可用于觸覺反饋系統(tǒng)的手指定位裝置,包括相互信號連接的用于手指觸摸的 觸摸板、傳感器和控制器;觸摸板邊緣設(shè)有邊框;邊框一端設(shè)有光源;該邊框?yàn)榈谝煌该鞑?料制成,該邊框的內(nèi)側(cè)邊緣沿離光源由近至遠(yuǎn)的方向呈由低至高的階梯狀結(jié)構(gòu),邊框在階 梯狀結(jié)構(gòu)的每個階梯之間傾斜地切割有槽,槽內(nèi)填充有第二透明材料,以使第一透明材料 與第二透明材料交替排布;第一透明材料與第二透明材料間形成第一分界面,第二透明材 料與另一側(cè)的第一透明材料間形成第二分界面,第二透明材料與空氣間形成第三分界面; 光源產(chǎn)生的光線進(jìn)入邊框內(nèi)部,在第一個階梯處依次經(jīng)過第一分界面、第二分界面和第三 分界面并在該三個分界面上分別發(fā)生反射與折射,在第一分界面產(chǎn)生的反射光線在射出第 一透明材料后與在第三分界面產(chǎn)生的折射光線相互平行,在第二分界面產(chǎn)生的折射光線與 光源產(chǎn)生的光線平行并進(jìn)入下一個階梯的第一分界面;以此通過依次進(jìn)入各階梯以產(chǎn)生一 組平行光,該平行光分布于觸摸板上表面;通過手指接觸觸摸板后相應(yīng)位置的平行光光強(qiáng) 改變,傳感器接收光強(qiáng)變化并信號傳輸至控制器,控制器通過計算確定手指在觸摸板上的 位置。
[0007] 一實(shí)施例中:所述邊框位于觸摸板邊緣的至少兩側(cè),以使通過該位于至少兩側(cè)的 邊框產(chǎn)生的至少兩組平行光相互交織成網(wǎng)狀并分布于觸摸板上表面。
[0008] -實(shí)施例中:所述在第一分界面產(chǎn)生的反射光線垂直射出第一透明材料并與在第 三分界面產(chǎn)生的折射光線相互平行。
[0009] 一實(shí)施例中:所述邊框在階梯狀結(jié)構(gòu)的每個階梯之間傾斜45°地切割有槽;光線在 所述第一分界面的入射角為45°。
[0010] -實(shí)施例中:所述第一透明材料為玻璃,所述第二透明材料為石蠟,所述第一分界 面為玻璃-石蠟分界面,所述第二分界面為石蠟-玻璃分界面,所述第三分界面為石蠟-空氣 分界面。
[0011] 一實(shí)施例中:所述玻璃的折射率為1.80~1.85,反射系數(shù)為0.06~0.07。
[0012] -實(shí)施例中:所述觸摸板為矩形,矩形觸摸板的兩個相鄰的邊緣設(shè)有所述邊框,所 述邊框在階梯狀結(jié)構(gòu)的每個階梯之間傾斜45°地切割有槽;所述光源為兩個且沿矩形的對 角線相對布置;所述第一透明材料為折射率1.80~1.85,反射系數(shù)0.06~0.07的玻璃,所述 第二透明材料為石蠟,所述第一分界面為玻璃-石蠟分界面,所述第二分界面為石蠟-玻璃 分界面,所述第三分界面為石蠟-空氣分界面;所述第一分界面的入射角為45°,所述第三分 界面的入射角為33°~34° ;所述在第一分界面產(chǎn)生的反射光線垂直射出第一透明材料并與 在第三分界面產(chǎn)生的折射光線相互平行。
[0013] -實(shí)施例中:還包括用于產(chǎn)生振動的壓電片和壓電片驅(qū)動裝置,壓電片裝接在觸 摸板上,壓電片驅(qū)動裝置信號連接控制器;通過手指接觸觸摸板后相應(yīng)位置的平行光光強(qiáng) 改變,傳感器接收光強(qiáng)變化并信號傳輸至控制器,控制器通過計算以確定手指在觸摸板上 的位置并信號傳輸至壓電片驅(qū)動裝置,壓電片驅(qū)動裝置控制壓電片產(chǎn)生振動并帶動觸摸板 振動以實(shí)現(xiàn)觸覺反饋。
[0014] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之二是:
[0015]上述的可用于觸覺反饋系統(tǒng)的手指定位裝置的制備方法,所述邊框的制備過程包 括:
[0016] 利用第一透明材料制作出邊框初品,在該邊框初品上沿傾斜地切割出若干平行間 隔布置的槽,在該槽內(nèi)填充第二透明材料;根據(jù)光源位置、邊框初品尺寸、槽角度和尺寸、光 線在第一分界面、第二分界面和第三分界面上的反射與折射情況,按照在第一分界面產(chǎn)生 的反射光線在射出第一透明材料后與在第三分界面產(chǎn)生的折射光線相互平行、在第二分界 面產(chǎn)生的折射光線與光源產(chǎn)生的光線平行并進(jìn)入下一個第一分界面的要求,確定需要切割 的部分,并對邊框初品進(jìn)行切割形成所述階梯狀結(jié)構(gòu)。
[0017] 本技術(shù)方案與【背景技術(shù)】相比,它具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0018] 1.本發(fā)明的裝置設(shè)計簡易,將玻璃邊框采用全息光刻技術(shù)刻出均勻的槽,槽內(nèi)部 充滿石蠟,利用光線在玻璃與石蠟分界面、石蠟與空氣分界面發(fā)生反射與折射從而產(chǎn)生平 行光,裝置集成度高,體積小,布局合理,操作方便,更加符合現(xiàn)代對智能化、集成化、小型化 的要求。
[0019] 2.本發(fā)明適用范圍廣,特別是在觸覺反饋系統(tǒng)終端高頻振動環(huán)境下,檢測手指的 位置時不會受高頻振動的影響,尤其適合應(yīng)用于高頻振動的動態(tài)環(huán)境。
[0020] 3.本發(fā)明測量精度高,利用全息光刻技術(shù),本發(fā)明的槽可以達(dá)到納米級,從而產(chǎn)生 密集的平行光,其對觸摸板的覆蓋性較強(qiáng)。線性CCD傳感器可以檢測弱光信號,光強(qiáng)低于一 定范圍時線性響應(yīng)特性較好,且像素大的傳感器采集到的數(shù)據(jù)更完善,比起紅外檢測來說, 定位精度更高。
【附圖說明】
[0021] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0022] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的可用于觸覺反饋系統(tǒng)的手指定位裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖2是本發(fā)明的可用于觸覺反饋系統(tǒng)的手指定位裝置結(jié)構(gòu)具體的光路原理圖。 [0024]圖3a是本發(fā)明的邊框的俯視圖。
[0025]圖3b是本發(fā)明的邊框的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖4a是本發(fā)明的邊框的制作原理圖之一。
[0027]圖4b是本發(fā)明的邊框的制作原理圖之二。
[0028] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例2的可用于觸覺反饋系統(tǒng)的手指定位裝置的背面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 附圖標(biāo)記:觸摸板1,邊框2,石蠟3,觸摸板4,線性CCD傳感器5,第一分界面(玻璃-石蠟分界面)6,第二分界面(石蠟-玻璃分界面)7,第三分界面(石蠟-空氣分界面)8,壓電片 9〇
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面通過實(shí)施例具體說明本發(fā)明的內(nèi)容:
[0031] 實(shí)施例1
[0032] -種可用于觸覺反饋系統(tǒng)的手指定位裝置,包括相互信號連接的用于手指觸摸的 觸摸板、傳感器和控制器;觸摸板邊緣設(shè)有邊框;邊框一端設(shè)有光源;該邊框?yàn)榈谝煌该鞑?料制成,該邊框的內(nèi)側(cè)邊緣沿離光源由近至遠(yuǎn)的方向呈由低至高的階梯狀結(jié)構(gòu),邊框在階 梯狀結(jié)構(gòu)的每個階梯之間傾斜地切割有槽,槽內(nèi)填充有第二透明材料,以使第一透明材料 與第二透明材料交替排布;第一透明材料與第二透明材料間形成第一分界面,第二透明材 料與另一側(cè)的第一透明材料間形成第二分界面,第二透明材料與空氣間形成第三分界面; 光源產(chǎn)生的光線進(jìn)入邊框內(nèi)部,在第一個階梯處依次經(jīng)過第一分界面、第二分界面和第三 分界面并在該三個分界面上分別發(fā)生反射與折射,在第一分界面產(chǎn)生的反射光線垂直射出 第一透明材料并與在第三分界面產(chǎn)生的折射光線相互平行,在第二分界面產(chǎn)生的折射光線 與光源產(chǎn)生的光線平行并進(jìn)入下一個階梯的第一分界面;以此通過依次進(jìn)入各階梯以產(chǎn)生 一組平行光,該平行光分布于觸摸板上表面;通過手指接觸觸摸板后相應(yīng)位置的平行光光 強(qiáng)改變,傳感器接收光強(qiáng)變化并信號傳輸至控制器,控制器通過計算確定手指在觸摸板上 的位置。
[0033] 具體到本實(shí)施例的可用于觸覺反饋系統(tǒng)的手指定位裝置中,請參照圖1,所述觸摸 板4為矩形的玻璃觸摸板,所述傳感器為線性CCD傳感器5;所述控制器例如為DSP控制器;線 性CCD傳感器5連接DSP控制器的AD 口;玻璃觸摸板4兩個相鄰的邊緣均設(shè)有第一透明材料玻 璃制成的邊框2,所述光源1為兩個激光光源且沿矩形的對角線相對布置在邊框2上;觸摸板 4在兩個邊緣的邊框2的內(nèi)側(cè)邊緣分別沿離兩個光源1由近至遠(yuǎn)的方向呈由低至高的階梯狀 結(jié)構(gòu),每個階梯之間傾斜45°地切割有槽,各槽相互平行間隔布置;槽內(nèi)填充有第二透明材 料石蠟3,玻璃與石蠟3呈交替排布。本實(shí)施例之中,采用的玻璃為折射率1.8141