專利名稱：一種crt式射流觸覺顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于顯示圖文信息的觸覺顯示器，尤其是能夠以類CRT工作方式調(diào)整射流水柱的空間角度實現(xiàn)圖文顯示的射流觸覺顯示器。
背景技術(shù)：
射流觸覺是由發(fā)明人于2005年提出并獲得國家自然科學(xué)基金資助的一種新型觸覺顯示方法，為國內(nèi)外領(lǐng)域內(nèi)首創(chuàng)，并已獲得多項國家發(fā)明專利授權(quán)，詳見“水射流刺激的機(jī)器人觸覺再現(xiàn)方法”(專利號200510038437. 5)，“基于射流技術(shù)的觸覺顯示裝置及顯示方法”(專利號200510094474. 8)。目前，基于射流刺激方式的觸覺顯示器均為發(fā)明人所提出，已授權(quán)及已申報的發(fā)明專利均為點陣式結(jié)構(gòu)，射流水柱的方向和角度在觸覺顯示過程中不會改變，總是保持同一個狀態(tài)，因此，有多少個觸點就有多少個射流水泵或射流水閥開關(guān)?，F(xiàn)有射流觸覺顯示器在技術(shù)方案上結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本也較高，以一個觸點20元成本計算，一個100 X 100的觸覺陣列造價即高達(dá)20萬元，這給射流觸覺顯示技術(shù)的推廣應(yīng)用造成很大困難。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的針對現(xiàn)有射流觸覺顯示器在技術(shù)方案上控制復(fù)雜、成本也較高，導(dǎo)致難以廣泛應(yīng)用和推廣這一困難，提供一種能夠以類CRT工作方式調(diào)整射流水柱的空間角度實現(xiàn)圖文顯示的射流觸覺顯示器。該射流觸覺顯示器能夠通過控制射流水柱的轉(zhuǎn)角和俯仰角，只要一個射流水柱，即可實現(xiàn)二維平面空間上的射流觸覺圖文顯示，大大降低了裝置成本。技術(shù)方案本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是1)采用射流水泵將集水池中的水液通過進(jìn)水軟管抽吸并泵出，形成具有一定壓力的射流水柱。2)在進(jìn)水軟管中設(shè)置水溫控制器調(diào)節(jié)水溫，從而控制操作者所感知的射流觸覺溫度。3)在射流水泵上設(shè)置振動耦合器，以在水柱中耦合特定頻率的射流振動，進(jìn)而實現(xiàn)操作者指端所感知的觸覺振動。4)在射流水泵出口處設(shè)置隨機(jī)振動耦合器，從而在射流水柱中耦合一定的隨機(jī)振動，以改善操作者所感知的觸覺時間適應(yīng)性。5)通過俯角電機(jī)及齒輪控制射流噴管的俯仰角，并通過擺角電機(jī)及擺角齒輪控制射流噴管水平面上的擺角，從而控制射流水柱作用于觸覺屏幕上的空間位置。6)觸覺和視覺、聽覺一樣，也具有感覺暫留特征，即觸覺感覺的建立和消失均需要一定的時間歷程。如果射流水柱以很快的速度掃描并作用于觸覺屏幕上不同的空間位置， 則可在觸覺屏幕上形成二維射流觸覺圖文畫面，從而通過觸覺暫留現(xiàn)象使操作者感知到二維觸覺圖文信息。有益效果本發(fā)明可以很好地克服現(xiàn)有射流觸覺顯示器在實際使用中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 成本較高，難以推廣應(yīng)用的困難，提供一種CRT式射流觸覺顯示器。該CRT式射流觸覺顯示器能夠把從一個射流噴管中射出的射流水柱以很快的速度通過俯仰角控制和水平擺角控制作用于觸覺屏幕上的任一空間位置，從而在觸覺屏幕上形成二維射流觸覺圖文畫面，進(jìn)而通過觸覺暫留現(xiàn)象使操作者感知到二維觸覺圖文信息。本發(fā)明為原創(chuàng)性、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CRT式射流觸覺顯示器創(chuàng)新產(chǎn)品，并且結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，易于產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用，具有廣闊的市場前景，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯
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圖1為本發(fā)明CRT式射流觸覺顯示器的應(yīng)用示意圖。其中有計算機(jī)1、射流控制器 2、觸覺顯示器3、操作者4、鍵盤5及鼠標(biāo)6等組成。圖2為本發(fā)明CRT式射流觸覺顯示器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中有觸覺屏幕7、支撐網(wǎng)格8、隔水薄膜9、齒圈支架10、俯角電機(jī)及齒輪11、射流噴管12、隨機(jī)振動耦合13、射流水泵14、振動耦合器15、轉(zhuǎn)動軸16、水溫控制器17、進(jìn)水管18、過濾器19、集水池20、扇形齒輪 21、擺角電機(jī)22、擺角齒輪23、支撐導(dǎo)槽24、射流水柱25及機(jī)身26。圖3是本發(fā)明CRT式射流觸覺顯示器的圖文顯示示意圖。其中有觸覺屏幕7、網(wǎng)格線27、掃描線28、字符29。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步說明。圖1為本發(fā)明射流觸覺顯示器的應(yīng)用示意圖，其中有計算機(jī)1、射流控制器2、觸覺顯示器3、操作者4、鍵盤5及鼠標(biāo)6等組成。圖中，計算機(jī)1與鍵盤5和鼠標(biāo)6，并能夠接收來自鍵盤5的數(shù)據(jù)輸入和來自鼠標(biāo)6的操作控制；計算機(jī)1與射流控制器2相連，并將需要進(jìn)行觸覺顯示的圖文數(shù)據(jù)發(fā)送至射流控制器2 ；射流控制器2通過射流水柱作用于觸覺顯示器3，能夠依據(jù)從計算機(jī)1所接收到的圖文數(shù)據(jù)控制射流水柱作用于觸覺顯示器3的屏幕上的空間位置，實現(xiàn)射流觸覺圖文顯示；觸覺顯示器3與操作者4相連，當(dāng)操作者希望獲取觸覺顯示器3上的圖文信息時，可以通過觸摸觸覺顯示器3的觸覺屏幕7的方式感知圖文信息；操作者4與鍵盤5和鼠標(biāo)6相連，能夠通過手指的操作向計算機(jī)1輸入相關(guān)數(shù)據(jù)和進(jìn)行操作控制。當(dāng)操作者4使用計算機(jī)1時，可以通過鍵盤5和鼠標(biāo)6向計算機(jī)1輸入相關(guān)控制數(shù)據(jù)，計算機(jī)1則將需要以圖文方式反饋給操作者的相關(guān)信息發(fā)送至射流控制器2，射流控制器2接收到圖文信息相關(guān)的數(shù)據(jù)后通過控制射流水柱作用于觸覺顯示器3的觸覺屏幕7 上的空間位置，當(dāng)射流控制器以很快的方式進(jìn)行掃描和操作控制時，則可實現(xiàn)如圖3所示的二維觸覺圖文顯示。圖2為本發(fā)明射流觸覺顯示器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中有觸覺屏幕7、支撐網(wǎng)格8、隔水薄膜9、齒圈支架10、俯角電機(jī)及齒輪11、射流噴管12、隨機(jī)振動耦合13、射流水泵14、振動耦合器15、轉(zhuǎn)動軸16、水溫控制器17、進(jìn)水管18、過濾器19、集水池20、扇形齒輪21、擺角電機(jī)22、擺角齒輪23、支撐導(dǎo)槽24、射流水柱25及機(jī)身26。圖中，觸覺屏幕7采用高彈薄膜制成，并傾斜一定角度通過支撐網(wǎng)格8支撐固定位于機(jī)身26上方，以便操作者進(jìn)行觸摸操作；射流水泵14通過轉(zhuǎn)動副固定于扇形齒輪21上，用于將集水池20中的水液通過進(jìn)水管 18抽吸并泵出，以形成具有一定壓力的射流水柱25 ；進(jìn)水管18中間位置處設(shè)置水溫控制器 17以調(diào)節(jié)水溫，進(jìn)而控制操作者所感知的射流觸覺溫度；射流水泵14的進(jìn)水口處設(shè)置有振動耦合器15，以在水柱中耦合特定頻率的射流振動，進(jìn)而實現(xiàn)操作者指端所感知的觸覺振動；射流水泵14出口處設(shè)置隨機(jī)振動耦合器13，從而在射流水柱25中耦合一定的隨機(jī)振動，以改善操作者所感知的觸覺時間適應(yīng)性；射流噴管12與隨機(jī)振動耦合器13相連，用于導(dǎo)引射流并將其噴向觸覺屏幕7 ；齒圈支架10并通過鉚焊等工藝與扇形齒輪21形成剛性聯(lián)接，射流噴管12上固定有俯角電機(jī)及齒輪11，當(dāng)俯角電機(jī)及齒輪11轉(zhuǎn)動時，射流噴管12 的俯仰角也隨之改變；扇形齒輪21通過轉(zhuǎn)動軸16與機(jī)身26進(jìn)行連接，扇形齒輪21與擺角齒輪23通過齒輪副聯(lián)接，擺角齒輪23與擺角電機(jī)22通過鍵槽等構(gòu)成剛性聯(lián)接，當(dāng)擺角電機(jī)22轉(zhuǎn)動時，擺角齒輪23通過齒輪副帶動扇形齒輪21轉(zhuǎn)動；支撐導(dǎo)槽24與扇形齒輪21 連接，并通過滑動副對扇形齒輪21形成水平面上的支撐；射流水泵14、振動耦合器15、隨機(jī)振動耦合器13及射流噴管12作為一個整體通過轉(zhuǎn)動軸承副固定于扇形齒輪21上方，當(dāng)扇形齒輪21轉(zhuǎn)動時，射流噴管12等也隨之轉(zhuǎn)動。當(dāng)需要進(jìn)行射流觸覺顯示時，控制系統(tǒng)可以通過俯角電機(jī)及齒輪11控制射流噴管12的俯仰角，并通過擺角電機(jī)22及擺角齒輪23控制射流噴管12水平面上的擺角，從而控制射流水柱25作用于觸覺屏幕7上的空間位置。當(dāng)射流水柱以很快的速度掃描并作用于觸覺屏幕上不同的空間位置時，則可形成二維空間上的射流觸覺圖文畫面，從而通過觸覺暫留現(xiàn)象使操作者以觸覺方式感知到二維觸覺圖文信息。圖3是本發(fā)明CRT式射流觸覺顯示器的圖文顯示示意圖。其中有觸覺屏幕7、網(wǎng)格線27、掃描線28、字符29。圖中掃描線28為實施射流觸覺圖文顯示時的射流水柱行程，如圖所示，射流水柱的行程依次為從左上方開始，依次從左向右，自上而下，當(dāng)射流水柱到達(dá)右下方底部時，將重新回到左上方開始下一輪掃描；網(wǎng)格線27為假象的射流觸覺點陣，并非實際的網(wǎng)格，射流點陣的陣列大小可以依據(jù)觸覺圖文顯示的需求靈活設(shè)置；字符29為顯示中文字符“帥”的情形。本發(fā)明為原創(chuàng)性、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新產(chǎn)品。本發(fā)明所提供的CRT式射流觸覺顯示器可以很好地克服現(xiàn)有射流觸覺顯示器在實際使用中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高，難以推廣應(yīng)用的困難，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且成本低廉，易于產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用，具有廣闊的市場前景，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。
權(quán)利要求
1.一種CRT式射流觸覺顯示器，其特征在于該觸覺顯示器包括觸覺屏幕(7)、支撐網(wǎng)格(8)、隔水薄膜(9)、齒圈支架(10)、俯角電機(jī)及齒輪(11)、射流噴管(12)、隨機(jī)振動耦合 (13)、射流水泵(14)、振動耦合器(15)、轉(zhuǎn)動軸(16)、水溫控制器(17)、進(jìn)水管(18)、過濾器(19)、集水池(20)、扇形齒輪(21)、擺角電機(jī)(22)、擺角齒輪(23)、支撐導(dǎo)槽(24)、射流水柱(25)及機(jī)身(26)。其中，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CRT式射流觸覺顯示器，其特征在于采用射流水泵(14) 將集水池(20)中的水液通過進(jìn)水管(18)抽吸并泵出，形成具有一定壓力的射流水柱(25)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CRT式射流觸覺顯示器，其特征在于在進(jìn)水管(18)中間位置處設(shè)置水溫控制器(17)以調(diào)節(jié)水溫，從而控制操作者所感知的射流觸覺溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CRT式射流觸覺顯示器，其特征在于在射流水泵(14)上設(shè)置振動耦合器(15)，以在水柱中耦合特定頻率的射流振動，進(jìn)而實現(xiàn)操作者指端所感知的觸覺振動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CRT式射流觸覺顯示器，其特征在于在射流水泵(14)出口處設(shè)置隨機(jī)振動耦合器(13)，從而在射流水柱(25)中耦合一定的隨機(jī)振動，以改善操作者所感知的觸覺時間適應(yīng)性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CRT式射流觸覺顯示器，其特征在于通過俯角電機(jī)及齒輪(11)控制射流噴管(12)的俯仰角，并通過擺角電機(jī)(22)及擺角齒輪(23)控制射流噴管(12)水平面上的擺角，從而控制射流水柱(25)作用于觸覺屏幕(7)上的空間位置。
全文摘要
本發(fā)明為一種用于顯示觸覺圖文的CRT式射流觸覺顯示器。該射流觸覺顯示器包括觸覺屏幕(7)、支撐網(wǎng)格(8)、隔水薄膜(9)、齒圈支架(10)、俯角電機(jī)及齒輪(11)、射流噴管(12)、隨機(jī)振動耦合(13)、射流水泵(14)、振動耦合器(15)、轉(zhuǎn)動軸(16)、水溫控制器(17)、進(jìn)水管(18)、過濾器(19)、集水池(20)、扇形齒輪(21)、擺角電機(jī)(22)、擺角齒輪(23)、支撐導(dǎo)槽(24)及機(jī)身(26)。本發(fā)明最顯著的特征在于通過俯角電機(jī)及齒輪控制射流噴管的俯仰角，并通過擺角電機(jī)及擺角齒輪控制射流噴管水平面上的擺角，從而控制射流水柱作用于觸覺屏幕上的空間位置。當(dāng)射流水柱以很快的速度掃描并作用于觸覺屏幕上不同的空間位置時，則可形成二維空間上的射流觸覺圖文畫面，從而通過觸覺暫留現(xiàn)象使操作者以觸覺方式感知到二維觸覺圖文信息。
文檔編號G06F3/01GK102331839SQ201110266249
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者寧欣, 帥立國, 張文慶, 李玉琦, 蘇建修, 鄭竹林 申請人:河南科技學(xué)院