本發明涉及一種觸覺模擬技術，特別是一種觸覺仿真系統。

背景技術：

在過去，當作業人員欲拆除易爆的危險物時，通常是派遣專業人員前往危險物所在的事故現場進行拆除。然而，即使是訓練有素的專業人員，仍有可能因為操作上的失誤或者因為來不及拆除而導致危險物被引爆。在此情況下，無論專業人員穿戴的防護裝備多齊全或多堅固，或多或少都有可能被爆炸的威力波及，因而受傷。

因此，為了避免這些專業人員在值勤過程中受傷，目前市面上不僅推出了各種訓練課件應用以提高專業人員的專業技能，且更是推出各式類型的拆彈機器人，為專業人員提供遠程遙控的方式進行危險品拆除任務。然而，目前這些推出的拆彈機器人通常都只配備有攝影機，攝影機拍攝實時影像并回傳給在遠程的專業人員，然后專業人員再根據這些實時影像來遠程操控拆彈機器人，而在訓練課件應用也大都采取視頻教學的方式為主。顯然，無論是這樣的拆彈機器人的作業模式還是訓練課件應用的教學方式，兩者的可視化效果都較差，無法為專業人員提供身臨其境的體驗效果，從而會影響專業人員的判斷力與操作的精確度。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種遠程仿真系統及觸覺仿真系統，藉以提供使用者觸覺模擬的體驗，讓使用者在進行遠程操控或訓練時，更能身臨其境。

根據本發明實施例所揭露的一種遠程仿真系統，適于搭配一電子裝置，包含一觸覺偵測裝置、一觸覺實化裝置和一處理器。處理器電性連接觸覺實化裝置并與觸覺偵測裝置通訊連接。觸覺偵測裝置設置在電子裝置上，觸覺偵測裝置包含至少一第一觸覺傳感器。第一觸覺傳感器偵測電子裝置承受到的一作用力，以產生一作用力值信息。并且，觸覺偵測裝置接收一反饋力值信息，使得電子裝置根據此反饋力值信息對應執行一操控行為。觸覺實化裝置設置在一穿戴裝置上，且包含一觸覺實化器和至少一第二觸覺傳感器。觸覺實化器接收一控制信號并根據此控制信號獲得的一模擬作用力值信息以產生一作用于配戴上述的穿戴裝置的一使用者的模擬作用力，使得使用者感受到對應此模擬作用力值信息的所述模擬作用力。且觸覺實化器在穿戴裝置的位置對應于第一觸覺傳感器在電子裝置上的位置。第二觸覺傳感器感測使用者所產生的一反饋力并生成所述的反饋力值信息。處理器接收作用力值信息并轉化為控制信號以控制觸覺實化器的運作。

第一觸覺傳感器和第二觸覺傳感器為壓力傳感器，而觸覺實化器為一壓力發生器。壓力發生器包含至少一個電極貼片，所述至少一個電極貼片用以接觸所述使用者的皮膚表面，并且釋放對應于上述的模擬作用力值信息的一電流信號至皮膚表面，進而讓使用者感受到模擬作用力。

觸覺偵測裝置具有一指令轉化表，指令轉化表包括至少一反饋力值信息與操作指令的對應組，觸覺偵測裝置根據此指令轉化表轉換反饋力值信息為一操作指令并傳遞至電子裝置，使得電子裝置根據此操作指令進行對應的操控行為。

電子裝置為一機械手臂。

根據本發明實施例所揭露的另一種觸覺仿真系統，適用于一穿戴裝置，包含一儲存器、一處理器和一觸覺實化裝置。儲存器用以儲存一第一仿真模型。觸覺實化裝置設置在一穿戴裝置上，且包含一觸覺實化器和至少一觸覺傳感器，觸覺傳感器用以感測使用者產生的一反饋力，藉以產生一反饋力值信息。觸覺實化器接收控制信號，并根據控制信號獲得一模擬作用力值信息，以產生一作用于配戴穿戴裝置的使用者的模擬作用力，使得使用者感受到對應此模擬作用力值信息的所述模擬作用力。處理器電性連接于儲存器、觸覺傳感器及觸覺實化器。處理器根據第一仿真模型及反饋力值信息生成一控制信號。

觸覺傳感器為壓力傳感器，而觸覺化器為一壓力發生器。其中，壓力發生器可以包含至少一個電極貼片，所述至少一個電極貼片用以接觸皮膚表面，并且釋放對應于模擬作用力值信息的一電信號至皮膚表面，進而使使用者感受到此模擬作用力。或者，觸覺化器也可以包含至少一個氣囊組件和至少一個控制閥。所述至少一個氣囊組件通過充氣或泄氣產生作用在所述使用者的皮膚表面上的模擬作用力。一控制閥電性連接于一氣囊組件及處理器。所述至少一個控制閥根據控制信號控制對應的氣囊組充氣或泄氣。

儲存器還記錄有至少一反饋力值信息與操作指令的對應組，處理器根據所述至少一對應組轉換反饋力值信息為操作指令以傳遞至穿戴裝置，而穿戴裝置則根據操控指令對應顯示虛擬畫面。

第一仿真模型記錄有反饋力值信息與對應模擬作用力值信息的應變規則；處理器通過接收由其他穿戴裝置所產生的一第二仿真模型以更新第一仿真模型的應變規則。

本發明所揭露的遠程仿真系統及觸覺仿真系統可以讓使用者感受到根據模擬結果所提供的一模擬作用力，進而根據此模擬作用力做出適當的反饋，藉此達到觸覺模擬的目的，更能達到身臨其境的虛擬現實效果，從而提高使用者操作機器的精確度及訓練場景的擬真度。

以上的關于本揭露內容的說明及以下的實施方式的說明用以示范與解釋本發明的精神與原理，并且提供本發明的專利申請范圍更進一步的解釋。

附圖說明

圖1A為根據本發明一實施例所繪示的在以遠程控制的方式拆除易爆的危險物的應用領域中，遠程仿真系統與電子裝置在搭配運作時的示意圖；

圖1B為圖1A中搭載有至少一個觸覺傳感器的電子裝置在拆除易爆的危險物時的局部放大圖；

圖2為根據本發明一實施例所繪示的遠程仿真系統的功能方塊圖；

圖3A為根據本發明一實施例所繪示的搭載有至少部份的觸覺實化裝置的穿戴裝置的透示圖；

圖3B為圖3A中穿戴裝置的局部放大圖；

圖4A為根據本發明另一實施例所繪示的搭載有至少部份的觸覺實化裝置的穿戴裝置的透示圖；

圖4B為圖4A中穿戴裝置的局部放大圖；

圖5為根據本發明另一實施例所繪示的觸覺仿真系統的功能方塊圖。

圖中

1、1’ 觸覺仿真系統

10 觸覺偵測裝置

110 觸覺傳感器

12 處理器

14 觸覺實化裝置

141 觸覺實化器

141a 電極貼片

143 觸覺傳感器

145 控制閥

147 氣囊組件

16 儲存器

2 電子裝置

21 機械主體

22 控制機臺

23 機械手指

3 穿戴裝置

31 手指部

31a 內側的表面

SE 危險物

UF 使用者的手指

具體實施方式

下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和權利要求書，本發明的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

觸覺(Tactile sense)是指分布于全身皮膚上的神經細胞接受來自外界的溫度、濕度、疼痛、壓力、振動等方面的感覺，而觸壓感是由壓力和牽引力作用于人類皮膚的觸感受器而引起的。因此，可通過直接對使用者的皮膚施加一外力(或按壓力)，讓使用者直接感受此外力的大小。或者，也可通過多個外部金屬電極給予使用者的皮膚對應不同外力的一肌電(Electromyography，EMG)信號，肌電信號再經由神經傳導至大腦，進而讓使用者認知此肌電信號所對應的外力大小，以模擬觸覺。

通過上述的皮膚直接感觸的方式、利用肌電信號仿真觸覺的方式或者其他現有和未來足以讓使用者感受或認知觸覺的可能方式，本發明所揭露的觸覺仿真系統可應用于例如以遠程控制的方式拆除易爆的危險物、虛擬現實(Virtual reality，VR)游戲、專業技能的虛擬現實訓練等需要使用觸覺模擬技術的領域，以及本發明所揭露的遠程仿真系統可應用于例如以遠程控制的方式拆除易爆的危險物等需要使用觸覺模擬及遠程控制技術的領域；并且本發明并不受限于上述列舉的可應用領域。通過本發明所揭露的觸覺仿真系統，可以讓使用者感受到觸覺仿真系統根據模擬結果所提供的一模擬作用力，進而根據此模擬作用力做出適當的反饋。倘若本發明所揭露的遠程仿真系統和觸覺仿真系統能再搭配上視覺仿真技術、音效收錄/播放技術、嗅覺模擬技術及/或其他感官的模擬技術，將可提供模擬操作(Operational simulation)端更精準且更身臨其境的虛擬現實效果。

以通過遠程控制的方式拆除易爆的危險物的應用領域為例，本發明所揭露的遠程仿真系統可針對在遠程利用一電子裝置拆除一疑似爆裂物(Suspected explosive device)或一爆裂物(Explosive device)時的實際情況進行模擬，并將模擬結果轉化成可反應在仿真操作端的信息及作用力，進而讓模擬操作端的操作者得以根據這些信息及作用力做出適應性的反饋。并且，同時本發明所揭露的遠程仿真系統也會依據模擬操作端做出的適應性反饋，控制在遠程正試圖拆除疑似爆裂物或爆裂物的電子裝置的作動。藉此，本發明所揭露的遠程仿真系統可達到安全拆除疑似爆裂物或爆裂物的目的。

以虛擬現實游戲或專業技能的虛擬現實訓練的應用領域為例，本發明所揭露的觸覺仿真系統可提供一或多個仿真模型(Simulation model)。仿真模型可提供仿真操作端默認的仿真信息及作用力，使得模擬操作端的操作者得以根據這些信息及作用力做出適應性的反饋。并且，仿真模型也會依據仿真操作端的反饋，更新提供給模擬操作端預設的虛擬畫面及作用力。藉此，本發明所揭露的觸覺仿真系統可達到專業技能的訓練或提高游戲娛樂性的目的。

為了方便說明，以下將只針對通過遠程控制的方式拆除易爆的危險物的應用領域以及遠程拆除易爆的危險物的虛擬現實訓練的應用領域分別列舉不同的實施例來作說明。

為清楚說明通過遠程控制的方式拆除易爆的危險物的應用領域的一或多個實施態樣，請一并參考圖1A～1B、圖2、圖3A～3B來說明本發明所揭露的遠程仿真系統1。圖1A為根據本發明一實施例所繪示的在以遠程控制的方式拆除易爆的危險物的應用領域中，遠程仿真系統1與電子裝置2在搭配運作時的示意圖，圖1B為圖1A中電子裝置2在拆除危險物SE時的局部放大圖，圖2為根據本發明一實施例所繪示的遠程仿真系統1的功能方塊圖，圖3A為根據本發明一實施例所繪示的搭載有至少部份的觸覺實化裝置14的穿戴裝置3的透示圖，及圖3B為圖3A中穿戴裝置3的局部放大圖。

遠程仿真系統1可與電子裝置2和穿戴裝置3搭配運作。如圖2所示，遠程仿真系統1包含一觸覺偵測裝置10、一處理器12、一觸覺實化裝置14。在其他實施例中，遠程模擬系統1也可進一步包含一儲存器16。這些組件的配置、運作及鏈接關系以及與其他組件之間的鏈接關系及運作將示范性地說明如下。

電子裝置2和觸覺偵測裝置10可設置于一實境現場(Reality scene)端，并且部分的或全部的觸覺偵測裝置10可獨立地設置在電子裝置2上或者整合于電子裝置2中。并且，根據實際的應用需求，部分的或全部的觸覺偵測裝置10可通過有線或無線的方式與電子裝置2鏈接。為了方便說明，下列實施例是以觸覺偵測裝置10整合于電子裝置2中的實施態樣作為示范性地說明。

電子裝置2可例如為一機械手臂(Robotic arm)。然而，本發明并不限制電子裝置2的種類，本領域中具有通常知識者可根據不同的應用領域選擇其他適合的電子裝置。但為了簡要地說明本發明中實境現場端的運作，以下的實施例將以機械手臂的實施態樣作為示例來說明。

如圖1A和1B所示，電子裝置2也可為包含一機械主體21和一控制機臺22的機械設備。機械主體21例如包含一移動臂和一機械手。在一實施例中，移動臂可旋轉地分別連接于機械主體21和機械手，使得移動臂可上下左右擺動或旋轉，而機械手則可以模擬人類手腕的動作。移動臂在一實施例中可包含一個或多個臂桿和一個或多個關節組件；通過臂桿和關節組件間的配置，控制機臺22可控置移動臂21作出彎曲、伸直、抬高、降低、旋轉等模擬人類手臂活動的動作。機械手可例如包含多個機械手指23，機械手指23的設計在一實施例中可例如包含一個或多個手指區段和一個或多個指關節組件，通過手指區段和指關節組件間的配置，控制機臺22可控置機械手作出模擬人類手掌在進行抓握、夾取、擺動等的動作。控制機臺22為可移動式的控制機臺，可經由遠程操控而朝危險物SE的方向移動。并且，控制機臺具有一可程序編輯的控制器，用以控制電子裝置2整體的運作，例如整體電子裝置2的位置移動、移動臂21的運動及機械手指23的運動等。上述機械手臂的設計與選用僅作為示范性地說明，并不用以限制本發明中對于機械手臂的可能的實施態樣。換句話說，本領域中具有通常知識者可根據不同的應用領域選用或設計適合的機械手臂。

觸覺偵測裝置10至少包含一或多個觸覺傳感器110(亦稱為第一觸覺傳感器)。觸覺傳感器110可例如為一壓力傳感器，用以偵測電子裝置2承受到的一作用力，以產生一作用力值信息，也就是壓力值。并且，在一實施例中，觸覺偵測裝置10具有一指令轉化表，指令轉化表記錄有至少一反饋力值信息與操作指令的對應組。利用此指令轉化表，電子裝置2的控制器可將反饋力值信息轉換為一操作指令，并且根據此操作指令對應地執行操控行為。

觸覺實化裝置14例如包含一個或多個觸覺實化器141和一個或多個觸覺傳感器143(亦即第二觸覺傳感器)。在一實施例中，觸覺實化器141和觸覺傳感器143分別與處理器12電性連接。觸覺實化器141用以自處理器12接收一控制信號，由此控制信號獲得欲作用在配戴穿戴裝置3的使用者身上的一模擬作用力值信息，并且將模擬作用力值信息轉成作用在使用者身上的一模擬作用力，進而讓使用者感受到對應此模擬作用力值信息的模擬作用力。觸覺傳感器143可例如為壓力傳感器，用以感測使用者因應上述的模擬作用力所產生的一反饋力，以生成上述的反饋力值信息。觸覺實化器141的設計細節以及觸覺實化器141和觸覺傳感器143在穿戴裝置3的設置位置關系將于后續予以一并說明。

另一方面，如圖1A～1B和圖2所示，穿戴裝置3、處理器12、觸覺實化裝置14和儲存器16設置在一模擬操作端。

在一實施例中，處理器12、觸覺實化裝置14和儲存器16可設置于穿戴裝置3上或整合于穿戴裝置3中，處理器12分別與觸覺實化裝置14和儲存器16電性連接，并且穿戴裝置3可通過有線或無線的方式與實境現場端通訊連接，亦可與電子裝置2通訊連接，進一步地與觸覺偵測裝置10通訊連接。

在另一實施例中，觸覺實化裝置14設置于穿戴裝置3上或整合于穿戴裝置3中，但處理器12和儲存器16獨立于觸覺實化裝置14并設置在仿真操作端的一服務器(未繪示)中；因此，觸覺實化裝置14可通過有線或無線的方式與處理器12連接，而服務器可通過有線或無線的方式與實境現場端的電子裝置2連接。這里的服務器可例如為個人計算機、筆記本電腦、平板計算機、云端計算機等具有運算和控制功能的計算器裝置。本發明并不限制服務器的種類，本領域中具有通常知識者可根據不同的應用領域選擇其他適合的服務器。

承上所述，雖然在模擬操作端的多個裝置有不同的設置方式，但為了簡要地說明本發明中模擬操作端的運作，以下的實施例將以處理器12和觸覺實化裝置14整合于穿戴裝置3中的實施態樣作為示例來說明。

穿戴裝置3可包含可包覆使用者皮膚的配件、可提供視覺感官享受的配件及可提供聽覺感官享受的配件等。可包覆使用者皮膚的配件可例如為手套(Glove)、連身或半身型的緊身衣等，但本發明并不予以限制。可提供視覺感官享受的配件可例如為虛擬眼鏡/眼罩等，但本發明并不予以限制。可提供聽覺感官享受的配件可例如為耳機，但本發明并不予以限制。本發明并不限制穿戴裝置3的種類，本領域中具有通常知識者可根據不同的應用領域選擇其他適合的穿戴裝置。為了簡要地說明本發明中模擬操作端的運作，以下的實施例將以手套搭配虛擬眼鏡的穿戴裝置3作為示例來說明，如圖1A和3A所示。

儲存器16儲存有模擬操作端運作所需的信息，例如一控制信號轉化表及進行仿真操作相關的應用程序或指令集。這里的控制信號轉化表例如記載有不同的控制信號與不同的作用力值信息間的對應關系。通過控制信號轉化表，處理器12可將上述所接收到的作用力值信息并轉化為一控制信號，并根據此控制信號，控制觸覺實化裝置14的運作。

以下將列舉說明觸覺實化器141的設計細節。

在一實施例中，如圖3A和圖3B所示，觸覺實化器141為一壓力發生器。進一步來說，在一實施例中，壓力發生器設置在手套內側的表面13a上，且包含一個或多個電極貼片141a。電極貼片141a電線連接處理器12。這些電極貼片141a用以接觸使用者的皮膚表面，并且釋放對應上述的模擬作用力值信息的一電流信號至皮膚表面，進而讓使用者感受到對應的一模擬作用力。

在另一實施例中，如圖4A和圖4B所示，觸覺實化器141’包含一個或多個控制閥145和一個或多個氣囊組件147，且控制閥145和氣囊組件147皆設置在穿戴裝置3中。控制閥145連接于氣囊組件147，并且電性連接處理器12。氣囊組件147用以藉由氣囊的充氣或泄氣，產生作用在皮膚表面上的模擬作用力。控制閥145受控于處理器12，用以根據一控制信號控制對應的氣囊組件147進行充氣或泄氣。

以下將列舉說明觸覺實化器141和觸覺傳感器143在穿戴裝置3的設置位置關系。

觸覺實化器141和觸覺傳感器143之間的相對位置可根據實際應用的需求而設計，本發明不予以限定。舉例來說，觸覺實化器141和觸覺傳感器143可至少部分重疊設置，或完全錯開地設置。

并且，在一實施例中，觸覺實化器141和觸覺傳感器143在穿戴裝置3的位置對應于觸覺傳感器110在電子裝置2上的位置。舉例來說，假設作為電子裝置2的機械手臂具有五個機械手指23，這五個機械手指23分別對應人類的五根手指UF，而手套型的穿戴裝置3具有五個手指部31，這五個手指部31也分別對應人類的五根手指UF，換句話說，電子裝置2的五個機械手指23分別對應穿戴裝置3的五個手指部31；因此，位于一手指部31(例如食指)的指尖上的觸覺實化器141在對應于此手指部31的一機械手指23(例如食指)的指尖上有相對應的一觸覺傳感器110。藉此，對應食指的觸覺傳感器110所偵測到的壓力值會反應至對應食指的觸覺實化器141上，進而讓使用者的食指感受到此壓力值所對應的壓力。

藉此，觸覺實化器141可依據實境現場端的偵測結果，產生可作用于配戴穿戴裝置3的使用者的模擬作用力，使得使用者感受到對應模擬作用力值信息的模擬作用力；同時，觸覺傳感器143也可偵測使用者根據感受到的模擬作用力而作出的反饋，使得使用者的反饋將進一步地反應在實境現場端的操作。

舉一實際的例子來說，在遠程仿真系統中，假設使用者想用食指碰觸危險物SE的上蓋時，可以在穿戴上搭載有觸覺實化裝置14的穿戴裝置3后，主動地彎折其食指，此時對應食指的觸覺傳感器143會偵測作用在其上的反饋力而獲得一反饋力值信息，并將此反饋力值信息傳送至處理器12。接著，處理器12將此反饋力值信息通過傳輸接口傳送至在實境現場端的電子裝置2。當電子裝置2接收到反饋力值信息后，電子裝置2會利用一指令轉化表，將接收到的反饋力值信息轉換為一操作指令，并根據此操作指令進行對應的一操控行為，即控制對應食指的機械手指23進行對應使用者動作的動作，以碰觸危險物SE的上蓋。

當電子裝置2在進行上述的動作時，對應食指的觸覺傳感器110也會偵測對應食指的機械手指23在作動時作用在其上的作用力而獲得對應的一作用力值信息。電子裝置2可通過其傳輸接口將此作用力值信息傳送至在仿真操作端的處理器12。接著，處理器12會將此作用力值信息轉換為一控制信號，并傳送至對應食指的觸覺實化器141。此觸覺實化器141會根據接收到的控制信號，實化模擬作用力值信息，也就是讓使用者的食指感受到對應此筆模擬作用力值信息的一模擬作用力。此時，使用者可根據感受到的模擬作用力作進一步的回應。

另外，針對遠程拆除易爆的危險物的虛擬現實訓練的應用領域的一或多個實施態樣，請一并參考圖5來說明本發明所揭露的觸覺仿真系統4。圖5為根據本發明另一實施例所繪示的觸覺仿真系統的功能方塊圖。觸覺仿真系統4包含處理器12、觸覺實化裝置14和儲存器16。其中，圖5中處理器12、觸覺實化裝置14和儲存器16之間的連接關系與設置的位置、各組件的部份或全部功能可參考圖2的相關的實施例，在此不再贅述。

相較于圖2的遠程仿真系統1，圖5的觸覺仿真系統4不需要設置如圖2中的觸覺偵測裝置10，并且儲存器16可進一步儲存一或多個仿真模型(亦即第一仿真模型)以及至少一反饋力值信息與操作指令的對應組。仿真模型記錄有反饋力值信息與對應模擬作用力值信息的應變規則。

處理器12可通過使用者所在的影音設備或使用者配戴的穿戴裝置(例如虛擬現實的頭戴式影音設備)及儲存在儲存器16中的仿真模型，提供使用者一虛擬情境，亦即虛擬的拆除危險物現場。為了方便說明，以下將以手套搭配虛擬眼鏡的穿戴裝置作為示例來說明。使用者根據此虛擬的拆除危險物現場，選擇地作出主動式反饋，例如用食指企圖碰觸危險物SE的上蓋。此時，對應食指的觸覺傳感器143會偵測作用在其上的反饋力而獲得一反饋力值信息，并將此反饋力值信息傳送至處理器12。接著，處理器12利用儲存在儲存器16中的反饋力值信息與操作指令的對應組，將此時的反饋力值信息轉換為一操作指令。處理器12將操作指令傳遞至穿戴裝置上可提供視覺感官享受的配件，即虛擬眼鏡。此虛擬眼鏡則根據操控指令對應顯示虛擬畫面，也就是說，虛擬情境中的機械手臂會根據此操作指令，作出碰觸危險物SE的上蓋的動作。同時，處理器12也會進一步地利用仿真模型，運算出此操作指令所對應的模擬作用力值信息。

接著，處理器12會將此模擬作用力值信息轉換為一控制信號，并傳送至對應食指的觸覺實化器141。此觸覺實化器141會根據接收到的控制信號，實化模擬作用力值信息，也就是讓使用者的食指感受到對應此筆模擬作用力值信息的一模擬作用力。此時，使用者可根據感受到的模擬作用力作進一步的回應。

在一實施例中，處理器12可通過接收由其他穿戴裝置所產生的一仿真模型(亦即第二仿真模型)以更新原先儲存在儲存器16的仿真模型的應變規則。

在本發明中所提及的各個組件設置的數量、尺寸、位置皆可根據實際的應用需求來設計，本發明并不予以限定。

上述僅為本發明的優選實施例而已，并不對本發明起到任何限制作用。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明的技術方案的范圍內，對本發明揭露的技術方案和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發明的技術方案的內容，仍屬于本發明的保護范圍之內。