本发明涉及触觉交互指环,更具体地说,涉及一种基于致动器的触觉交互指环、控制方法及系统。
背景技术：
1、随着科技的快速发展，智能穿戴设备已经逐渐渗透到我们日常生活的方方面面。智能指环，作为这一领域的新兴产品，凭借其独特的设计和功能，正在引领一场穿戴科技的新革命。
2、目前，智能指环的应用主要集中在以下几个方面：
3、1)健康管理与健身追踪：智能指环内置多种传感器，如心率监测器、血氧饱和度监测器等，能够实时监测用户的健康状况。无论是日常的步数统计、卡路里消耗，还是专业的运动心率、运动轨迹分析，智能指环都能提供精确的数据支持。此外，智能指环还能进行睡眠监测，分析用户的睡眠质量，并给出改善建议。
4、2)非接触式支付与身份验证：智能指环具备非接触式支付功能，用户只需轻轻一挥手指，即可完成支付操作，无需携带现金或信用卡。这不仅提高了支付的便捷性，还增强了安全性。此外，智能指环还可以作为身份验证的工具，通过指纹识别、生物识别等技术，确保用户身份的真实性和安全性。
5、3)手势识别与触控交互：智能指环内置的手势识别技术，使得用户可以通过手指的细微动作来操控智能设备。无论是滑动屏幕、缩放图片，还是进行复杂的手势操作，智能指环都能轻松实现。这种触控交互方式不仅提高了操作的便捷性，还为用户带来了全新的体验。
6、然而，现有的智能指环技术仍然存在以下问题：
7、1)功能集成度不足：由于指环的空间极其有限，现有技术难以在如此小的空间内集成多种功能，特别是难以同时实现高质量的触觉反馈和精确的手势识别。
8、2)触觉反馈效果有限：现有的智能指环大多只能提供简单的振动反馈，无法产生丰富、细腻的触觉效果，这极大地限制了用户体验和应用场景。
9、3)佩戴方式不灵活：大多数智能指环设计为固定佩戴在某个特定手指上，缺乏灵活性，无法适应不同的使用场景和用户习惯。
10、4)交互方式单一：现有智能指环的交互方式往往局限于触摸或简单的手势，缺乏多模态交互的能力，无法满足复杂应用场景的需求。
11、5)在ar/vr应用中的局限性：虽然智能指环在ar/vr领域有潜在应用，但现有技术无法提供足够精确的手势控制和真实的触觉反馈，影响了虚拟环境中的交互体验。
12、6)缺乏多设备协同能力：现有的智能指环大多作为独立设备工作，缺乏与其他智能设备协同工作的能力，限制了其在复杂场景中的应用。
13、7)能源效率低下：由于空间限制，智能指环的电池容量很小，而现有技术在能源管理方面效率不高，导致设备续航时间短，影响用户体验。
14、因此，亟需一种新的智能指环设计，能够在有限的空间内实现多功能集成，提供丰富的触觉反馈，支持灵活的佩戴方式和多模态交互，并能在ar/vr等新兴应用领域中发挥重要作用。
技术实现思路
1、本发明正是针对上述技术问题,本发明的目的是提供一种基于致动器的触觉交互指环、控制方法及系统，该触觉交互指环能够在有限的空间内实现多功能集成，提供丰富的触觉反馈和交互体验。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
3、根据本发明的第一方面，提供了一种基于致动器的触觉交互指环，包括：
4、指环本体；
5、集成在所述指环本体内的微型触觉反馈致动器，所述致动器能够产生振动以提供触觉反馈；
6、输入装置，用于接收用户输入；
7、控制器，与所述微型触觉反馈致动器和输入装置电连接，用于控制所述致动器的振动并处理来自输入装置的信号。
8、在本发明的一个实施例中，所述微型触觉反馈致动器可以是电磁式致动器或压电式致动器。
9、在本发明的另一个实施例中，当所述微型触觉反馈致动器为电磁式致动器时，采用非线性抵消的推挽式设计，所述非线性抵消的推挽式设计基于麦克斯韦力原理工作。这种设计可以提高触觉反馈的线性度，减少在宽频范围内的失真，从而提供更精确和细腻的触觉体验。
10、在本发明的又一个实施例中，当所述微型触觉反馈致动器为压电式致动器时，可以包括以下至少之一：压电陶瓷、压电陶瓷堆、多晶pzt薄膜、单晶pzt薄膜、氮化铝薄膜、掺钪的氮化铝薄膜、pmnt-pt薄膜或pzn-pt薄膜。这些材料的选择可以根据具体的应用需求和空间限制来决定。
11、在一个具体的实施例中，当使用厚膜压电陶瓷堆时，采用弯张型结构，包括压电陶瓷堆和与所述压电陶瓷堆连接的拱形金属结构件。这种结构可以在有限的空间内提供较大的位移和力输出。
12、在另一个具体的实施例中，当使用薄膜压电材料时，致动器结构包括：压电薄膜、硅框、软膜(所述软膜为聚酰亚胺(pi)或su-8材料)和质量块。这种结构适用于需要极小尺寸的场景，如只有环形部分的戒指设计。
13、本发明的输入装置可以是触摸屏或按键或者姿态输入或者信号输入。此外，也可以是无触控/姿态输入，比如，手机/手表收到来电，手机给指环发送一个信号，这个信号触发致动器产生振动，提醒用户收到来电。又比如，用指环作为身份识别，或者用于支付。身份识别时，如果成功，则产生一个信号，该信号触发致动器产生振动，通知用户身份识别成功。
14、在一个优选的实施例中，所述触摸屏设置在指环的顶面或侧面，其形状可以是方形、长方形、圆形、椭圆形或八边形。这种设计提供了灵活的用户交互方式，适应不同的用户习惯和应用场景。
15、本发明还包括运动传感器，所述运动传感器与所述控制器电连接，用于检测指环的运动状态。所述运动传感器可以包括加速度传感器和/或陀螺仪。这些传感器可以用于手势识别，为ar/vr应用提供精确的控制输入。
16、在本发明的一个重要特征中，所述微型触觉反馈致动器的振动方向可以是x轴方向、y轴方向、z轴方向或与x、y、z轴成0-90度夹角的方向，其中x轴方向为手指轴线方向，z轴方向为垂直于手指表面的方向，y轴方向垂直于x轴和z轴。这种多方向振动设计使得设备能够产生更丰富和细腻的触觉效果。
17、本发明的指环本体可以是全环结构或非全环结构。当为非全环结构时，开口可以朝向手掌方向或朝向中指方向。这种设计增加了佩戴的舒适性和灵活性。
18、本发明的指环本体可以包括单侧壁或双侧壁结构。当为单侧壁结构时，在朝外的一侧设有触摸屏或者功能按键。这种设计可以在有限的空间内最大化功能集成。
19、在一个特殊的实施例中，所述指环本体还包括平面支撑结构，用于搭在中指上以提高稳定性。这种设计特别适用于需要精确控制的场景，如ar/vr环境中的虚拟对象操作。
20、在另一个特殊的实施例中，所述指环本体上设有圆形/方形/长方形凸台，用于容纳对应的圆形/方形/长方形微型致动器。这种设计可以在保持指环整体美观的同时，为致动器提供足够的空间。
21、本发明还包括无线通信模块，与所述控制器电连接，用于与外部设备进行数据交换。这可以是蓝牙模块、wi-fi模块或其他无线通信技术。
22、本发明的一个重要特点是其灵活的佩戴方式。所述指环设计为可佩戴于手指的任一指节上。多个所述指环可同时佩戴于同一手指的不同指节上或不同手指上。这种设计极大地扩展了设备的应用场景和交互可能性。
23、根据本发明的第二方面，提供了一种基于致动器的触觉交互指环的控制方法，包括以下步骤：
24、接收来自输入装置的用户输入信号；
25、根据所述用户输入信号，生成触觉反馈控制信号；
26、根据所述触觉反馈控制信号，控制微型触觉反馈致动器产生相应的振动，以提供触觉反馈。
27、在该方法的一个实施例中，还包括以下步骤：
28、接收来自运动传感器的运动数据；
29、根据所述运动数据识别用户的手势；
30、根据识别出的手势执行预定义的操作。
31、在该方法的另一个实施例中，还包括以下步骤：
32、检测指环与用户耳部的接触状态；
33、当检测到指环与用户耳部接触时，将微型触觉反馈致动器切换为骨传导振子模式；
34、接收音频信号并通过所述骨传导振子模式的致动器传递给用户。
35、根据本发明的第三方面，提供了一种触觉交互系统，包括：
36、多个如上述任一项所述的触觉交互指环；
37、中央控制单元，与所述多个触觉交互指环无线或者有线通信连接，用于协调控制多个触觉交互指环的工作。
38、在该系统的一个实施例中，所述中央控制单元能够控制多个触觉交互指环的微型触觉反馈致动器以不同的振动幅值、振动波形和/或相位进行振动，以产生协同的触觉效果。这种协同控制可以创造出更复杂和丰富的触觉体验。
39、在该系统的另一个实施例中，所述系统还包括充电盒，用于存放和充电多个触觉交互指环。这种设计提高了设备的便携性和使用便利性。
40、在该系统的又一个实施例中，所述系统用于虚拟现实或增强现实环境中的手势控制和触觉反馈，或者用于电脑，笔记本，手机，车载屏的凌空操作。这种应用可以显著提升vr/ar体验的沉浸感和交互自然度，也可以提升多种设备的操作体验。
41、本发明具有如下有益效果：
42、1)高度集成：本发明在极小的空间内实现了多功能集成，包括触觉反馈、触控输入、运动感知和无线通信等，大大提高了设备的功能密度和使用价值。
43、2)丰富的触觉反馈：通过创新的微型触觉反馈致动器设计，本发明能够提供更加细腻和多样化的触觉效果，极大地提升了用户体验。
44、3)灵活的佩戴方式：本发明支持多种佩戴方式，可以佩戴在手指的不同部位，甚至可以多个指环同时使用，大大增加了设备的适用性和灵活性。
45、4)多模态交互：本发明集成了触控输入、运动感知和触觉反馈等多种交互方式，实现了真正的多模态人机交互，为用户提供了更自然、更直观的操作体验。
46、5)ar/vr应用优化：本发明特别针对ar/vr应用进行了优化设计，提供精确的手势控制和真实的触觉反馈，极大地提升了虚拟环境中的交互体验。
47、6)多设备协同：通过创新的系统设计，本发明支持多个指环协同工作，能够创造更复杂、更丰富的交互效果，为高级应用场景提供了可能。
48、7)创新的骨传导模式：本发明将触觉反馈与骨传导听觉相结合，在保持设备小巧的同时，提供了音频输出的功能，为用户带来了全新的使用体验。
49、8)高能效设计：本发明采用了多项节能技术，如低功耗无线通信、智能功耗管理等，显著提高了设备的续航能力。
50、9)扩展性强：本发明的模块化设计和开放的系统架构，为未来功能扩展和技术升级提供了便利，确保了产品的长期竞争力。
51、总之，本发明不仅解决了现有智能指环在功能集成、触觉反馈、佩戴灵活性和交互方式等方面的问题，还开创性地将其应用于ar/vr等新兴领域，为智能穿戴设备的发展开辟了新的方向。本发明有望在人机交互、虚拟现实、健康监测、身份认证等多个领域带来革命性的变革，具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。
1.一种基于致动器的触觉交互指环，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的触觉交互指环，其特征在于，所述微型触觉反馈致动器为电磁式致动器或压电式致动器。
3.根据权利要求2所述的触觉交互指环，其特征在于，当所述微型触觉反馈致动器为电磁式致动器时，采用非线性抵消的推挽式设计，所述非线性抵消的推挽式设计基于麦克斯韦力原理工作。
4.根据权利要求2所述的触觉交互指环，其特征在于，当所述微型触觉反馈致动器为压电式致动器时，包括以下至少之一：压电陶瓷、压电陶瓷堆、多晶pzt薄膜、单晶pzt薄膜、氮化铝薄膜、掺钪的氮化铝薄膜、pmnt-pt薄膜或pzn-pt薄膜。
5.根据权利要求4所述的触觉交互指环，其特征在于，当使用厚膜压电陶瓷堆时，采用弯张型结构，包括：压电陶瓷堆；与所述压电陶瓷堆连接的拱形金属结构件。
6.根据权利要求4所述的触觉交互指环，其特征在于，当使用薄膜压电材料时，致动器结构包括：压电薄膜；硅框；软膜，所述软膜为聚酰亚胺(pi)或su-8材料；质量块。
7.根据权利要求1所述的触觉交互指环，其特征在于，所述输入装置为触摸屏或按键或者姿态输入或者信号输入。
8.根据权利要求7所述的触觉交互指环，其特征在于，所述触摸屏设置在指环的顶面或侧面，其形状为方形、长方形、圆形、椭圆形或八边形。
9.根据权利要求1所述的触觉交互指环，其特征在于，还包括运动传感器，所述运动传感器与所述控制器电连接，用于检测指环的运动状态，所述运动传感器包括加速度传感器和/或陀螺仪。
10.根据权利要求1所述的触觉交互指环，其特征在于，所述微型触觉反馈致动器的振动方向为x轴方向、y轴方向、z轴方向或与x、y、z轴成0-90度夹角的方向，其中x轴方向为手指轴线方向，z轴方向为垂直于手指表面的方向，y轴方向垂直于x轴和z轴。
11.根据权利要求1所述的触觉交互指环，其特征在于，所述指环本体为全环结构或非全环结构，当为非全环结构时，开口朝向手掌方向或朝向中指方向。
12.根据权利要求1所述的触觉交互指环，其特征在于，所述指环本体包括单侧壁或双侧壁结构，当为单侧壁结构时，在朝外的一侧设有触摸屏或者功能按键。
13.根据权利要求1所述的触觉交互指环，其特征在于，所述指环本体还包括平面支撑结构，用于搭在中指上以提高稳定性，或者所述指环本体上设有凸台，用于容纳微型致动器。
14.根据权利要求1所述的触觉交互指环，其特征在于，还包括无线通信模块，与所述控制器电连接，用于与外部设备进行数据交换。
15.根据权利要求1所述的触觉交互指环，其特征在于，所述指环设计为可佩戴于手指的任一指节上；或者多个所述指环可同时佩戴于同一手指的不同指节上或不同手指上。
16.一种基于致动器的触觉交互指环的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
19.一种触觉交互系统，其特征在于，包括：
20.根据权利要求19所述的触觉交互系统，其特征在于，所述中央控制单元能够控制多个触觉交互指环的微型触觉反馈致动器以不同的振动幅值、振动波形和/或相位进行振动，以产生协同的触觉效果。
21.根据权利要求19所述的触觉交互系统，其特征在于，所述系统还包括充电盒，用于存放和充电多个触觉交互指环。
22.根据权利要求19所述的触觉交互系统，其特征在于，所述系统用于虚拟现实或增强现实环境中的手势控制和触觉反馈，或者用于电脑，笔记本，手机，车载屏的凌空操作。
