如果在手機(jī)或車上沒有導(dǎo)航的話，大多數(shù)人都會寸步難行,。我們對導(dǎo)航技術(shù)的依賴程度之高,，使我們難以想象在沒有導(dǎo)航之前,，人們是怎么認(rèn)路的。毋庸置疑,，這項技術(shù)將會長存,。圍繞著這項技術(shù)也在進(jìn)行著不斷的改進(jìn)和創(chuàng)新,，使定位或者目的地導(dǎo)航更加簡單。

       前幾天我在多倫多出差,，我想在城里跑步去四處看看,。我在家的時候每天都在住所附近跑3到5英里，所以我想在這座大城市中也找到一條相似距離的路徑,。雖然我也可以繞著附近的街區(qū)跑幾圈,，但是我還是拿出手機(jī)，看看是不是能找到一條沿途景色比較優(yōu)美的路徑,。

       我拿出手機(jī),，打開地圖，大約兩秒鐘后我就找到了一條完美路徑,。整條路徑有15個轉(zhuǎn)彎,，最后回到我下榻的酒店。我把手機(jī)放回到臂帶中開始跑步,，但是我很快就意識到,，我需要看地圖才能確定下一次轉(zhuǎn)彎的方向。因此,，我把手機(jī)拿出來,，看方向，之后在開始跑,，不過不再把手機(jī)放回到臂帶中了,。

       由于總是晃來晃去的，跑步時看手機(jī)可不太容易,。跑步時,，我的手?jǐn)[來擺去，根本就看不清下一個轉(zhuǎn)彎的方向,。我的手機(jī)沒有手機(jī)套,，所以拿著手機(jī)有點兒讓人頭疼，特別是我腳下的那條硬硬的人行道,，實在是太顛簸了,。

       我邊跑邊想，一定有更好地方法來解決我的導(dǎo)航難題,。會是音頻嗎,？不會，絕不是,，這樣的話我就需要頭戴式耳機(jī)了,。我可不想在過馬路時被車撞到。視頻方法，我也不想老是向下盯著手機(jī)看,。那么剩下的就是—觸覺反饋或振動反饋,？

       我可不是碰巧偶然想到將振動反饋作為一種可能的解決方案。其實我就是在TI的觸覺反饋產(chǎn)品組工作,。不過,，當(dāng)我認(rèn)識到觸覺反饋將成為我在跑步時遇到的難題（概括地說，是導(dǎo)航時遇到的問題）的理想解決方案時,，它仍然給了我不少的啟示,。

       觸覺是人們的其它感覺被占用時對人發(fā)出警報的理想選擇，或者用來強(qiáng)化音頻或視覺反饋,。下面就是一些你可以用觸覺反饋里實現(xiàn)的絕妙功能：

· 用清晰的振動提醒用戶左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)

· 當(dāng)用戶已經(jīng)達(dá)到里程數(shù)時提醒用戶

· 通過提供振動節(jié)拍器來幫助用戶保持步速或節(jié)奏（我可能會用到這個功能）

· 在收到短信或有電話打進(jìn)來時提醒用戶

· 甚至?xí)们逦姆澍Q聲提醒用戶應(yīng)該去鍛煉了

       使用觸覺反饋來提供導(dǎo)航提示的方法很多,。想一想走路或跑步時鞋子內(nèi)的振動反饋（圖1）。當(dāng)你到達(dá)轉(zhuǎn)彎處時,，左腳或右腳的鞋子將告訴你下一個方向,。這對于跑步者、登山者,、徒步旅行者,、自行車愛好者、甚至是像我這樣的陌生城市中的游客非常有用,，他們在不斷運動的過程中需要知道前進(jìn)的方向,。諸如此類的觸覺反饋應(yīng)用還能夠幫助有視覺障礙的人輕松游走于大城市中。

               圖1.鞋子中使用的觸覺反饋應(yīng)用示例

      不喜歡跑步,？自行車也能指明方向（圖2）,。有幾家公司正在研究如何將電子元器件集成到自行車當(dāng)中。而自行車與騎車人之間通信的主要方式就是觸覺反饋,。自行車與你的手機(jī)互連,，并通過左右車把或車座上的蜂鳴聲告訴你方向。你的手根本就不用離開車把,，非常方便,。當(dāng)你在快速騎行時，你肯定不想掏出手機(jī)看方向,，所以就讓自行車告訴你前進(jìn)的方向吧,。如果進(jìn)行更進(jìn)一步的功能拓展，同樣的蜂鳴車把可以提醒騎行英里數(shù),、速度踏頻，甚至是朋友發(fā)來的短信,。

                  圖2. 自行車車把中,，觸覺反饋的使用示例

       在導(dǎo)航方面，觸覺反饋還有很多其它用途。一個專門用途就是支持觸覺反饋的腰帶,，可以在噪聲敏感環(huán)境中為佩帶此腰帶的士兵提供斷續(xù)的導(dǎo)航提示,。當(dāng)士兵不能通話時，他們可以使用觸覺反饋進(jìn)行通信,。觸覺反饋提示可以是基于GPS的局部導(dǎo)航方向,、兩個士兵之間或者一組士兵之間更加復(fù)雜的通信，甚至是遙控機(jī)器人與障礙物碰撞避免的振動反饋,。你可以看一看由美國國防高級研究計劃局 (DARPA) 贊助研發(fā)的主動腰帶項目,。

       對于輔助性應(yīng)用，觸覺反饋可被用作視障人員的虛擬拐杖,。距離傳感器可以感測用戶前面的物體,，觸覺反饋將提供物體與用戶之間的距離。觸覺反饋還在與智能手機(jī)上的導(dǎo)航功能相連接時提供左右導(dǎo)航命令,。

觸覺導(dǎo)航系統(tǒng)

       那么這種系統(tǒng)長什么樣呢,？此系統(tǒng)由兩個主要部分組成：導(dǎo)航設(shè)備和觸覺用戶接口（圖3）。智能手表,、智能手機(jī),、或者專用導(dǎo)航設(shè)備均可用來生成導(dǎo)航命令。這些命令被映射到特定的制動器（例如,，左右車把）,，還有就是特定的觸覺效應(yīng)（諸如用于急轉(zhuǎn)彎的三重蜂鳴聲），然后通過Bluetooth? 傳到Bluetooth微控制器 (MCU),。Bluetooth MCU解釋接收到的效應(yīng),，然后觸發(fā)觸覺驅(qū)動器來生成正確的觸覺振動。

                        圖3-觸覺反饋系統(tǒng)方框圖

       除了觸覺反饋塊,，還需要一個處理器或微控制器,、一個觸覺反饋驅(qū)動器和一個制動器。制動器的類型和型號有很多種,。為了幫助縮小選擇范圍,，以下內(nèi)容概括了在選擇制動器時需要考慮的關(guān)鍵參數(shù)。

· 制動器類型—主要有兩種類型的振動制動器：離心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量電機(jī) (ERM) 和線性諧振致動器 (LRA),。

o ERM是一種具有偏心質(zhì)量的傳統(tǒng)電機(jī),。當(dāng)施加直流電壓時，偏心質(zhì)量開始旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生力,。

o LRA是金屬外殼內(nèi)的彈簧質(zhì)量系統(tǒng),。由于它們不但能夠產(chǎn)生很強(qiáng)的振動力，而且能夠?qū)κ┘拥碾妷嚎焖僮龀鱿鄳?yīng),，所以這些系統(tǒng)通常在智能手機(jī)中使用,。這也使得LRA能夠產(chǎn)生點擊和復(fù)雜的振幅調(diào)制效應(yīng)。

· 加速-通過測量加速度，可計算制動器在運動時產(chǎn)生的振動力,。較高的加速度對于產(chǎn)品的用戶吸引力很重要,。對于諸如自行車車把的應(yīng)用，應(yīng)該使用較大的制動器,。要測量你系統(tǒng)中制動器的性能,，可使用現(xiàn)成的加速計。圖4顯示3中不同尺寸的ERM制動器以及它們測得的加速度,。加速度的單位為G,，等于地球表面由重力導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)加速度，或者表示為9.8m/s2,。

                        圖4.ERM尺寸和加速度比

· 安裝-制動器有多種不同的形狀和大小,，但是真正的技巧在于如何將它們安裝在系統(tǒng)內(nèi)。主要有3中ERM的安裝技術(shù)（圖5）,。

                         圖5. ERM安裝選項

       在這里可以看一下Precision Microdrives公司生產(chǎn)的封裝電機(jī),。對于LRA來說，實現(xiàn)起來就稍微簡單一些,。LRA是完全封裝的,，所以制動器可以被黏合或者固定在幾乎所有表面上。此外,，在觸覺反饋腰帶,、背心或襯衣上設(shè)計幾個小口袋，就可以將這些設(shè)備縫制在衣服內(nèi)（圖6）,。這也可以通過ERM實現(xiàn),。

                       圖6.帶有LRA制動器的衣服

                         圖片提供：Vibe-ing

       在選中一款制動器后，就需要選擇一款驅(qū)動器,。由于它生成了觸覺波形,，所以此驅(qū)動器發(fā)揮的作用很重要。它負(fù)責(zé)生成通過觸覺與用戶進(jìn)行通信的語言,。為了實現(xiàn)這一功能,，驅(qū)動器通過變化輸出波形的振幅和頻率來生成不同的振動模式。

       讓我們來看一看德州儀器 (TI) DRV2605L ERM和LRA驅(qū)動器,，它在芯片內(nèi)嵌入有123種不同的觸覺波形,。此器件為你生成觸覺語言。你只需要將它整合在一起并大聲說出來就可以了,！嵌入式波形可以與序列組合在一起,，以獲得更加多變的觸覺效應(yīng)。它采用極小型1.5mm x 1.5mm BGA芯片級封裝,，或者稍微大一些的3mm x 3mm引線封裝,，個人認(rèn)為這種封裝方式更容易焊接,。兩種封裝都只需兩個外部組件：一個1uF旁路電容器和1個1uF內(nèi)部穩(wěn)壓電容器。

                 圖7. DRV2605 ERM和LRA觸覺驅(qū)動器

       系統(tǒng)中的最后一個組件是處理器,。Bluetooth處理器負(fù)責(zé)導(dǎo)航塊與觸覺用戶接口之間的通信。對于這種器件,，有很多種不同的選擇,，不過我推薦SimpleLinkTM Bluetooth 低功耗（Bluetooth智能）CC2541微控制器。我們曾經(jīng)于近期在一個項目中使用了這款器件為觸覺可穿戴設(shè)備生成參考設(shè)計,，發(fā)現(xiàn)這款器件在所有需要進(jìn)行觸覺反饋原型設(shè)計的應(yīng)用中非常有用,。查看觸覺Bluetooth套件參考設(shè)計—它甚至包含一款iPhone和iPod應(yīng)用程序！

參考文獻(xiàn)

· 下載DRV2605L和SimpleLink? Bluetooth低功耗CC2541 無線MCU,，以及DRV2605EVM-BT參考設(shè)計,。

· 創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)科學(xué)計劃 (CRISP) 提供與智能紡織品相關(guān)的更多信息