用觸覺(jué)導航

如果在手機或車(chē)上沒(méi)有導航的話(huà)，大多數人都會(huì )寸步難行。我們對導航技術(shù)的依賴(lài)程度之高，使我們難以想象在沒(méi)有導航之前，人們是怎么認路的。毋庸置疑，這項技術(shù)將會(huì )長(cháng)存。圍繞著(zhù)這項技術(shù)也在進(jìn)行著(zhù)不斷的改進(jìn)和創(chuàng )新，使定位或者目的地導航更加簡(jiǎn)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(shí)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(zhù)附近的街區跑幾圈，但是我還是拿出手機，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，打開(kāi)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(gè)轉彎，最后回到我下榻的酒店。我把手機放回到臂帶中開(kāi)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彎的方向。因此，我把手機拿出來(lái)，看方向，之后在開(kāi)始跑，不過(guò)不再把手機放回到臂帶中了。

由于總是晃來(lái)晃去的，跑步時(shí)看手機可不太容易。跑步時(shí)，我的手擺來(lái)擺去，根本就看不清下一個(gè)轉彎的方向。我的手機沒(méi)有手機套，所以拿著(zhù)手機有點(diǎn)兒讓人頭疼，特別是我腳下的那條硬硬的人行道，實(shí)在是太顛簸了。

我邊跑邊想，一定有更好地方法來(lái)解決我的導航難題。會(huì )是音頻嗎?不會(huì )，絕不是，這樣的話(huà)我就需要頭戴式耳機了。我可不想在過(guò)馬路時(shí)被車(chē)撞到。視頻方法，我也不想老是向下盯著(zhù)手機看。那么剩下的就是—觸覺(jué)反饋或振動(dòng)反饋?

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

觸覺(jué)是人們的其它感覺(jué)被占用時(shí)對人發(fā)出警報的理想選擇，或者用來(lái)強化音頻或視覺(jué)反饋。下面就是一些你可以用觸覺(jué)反饋里實(shí)現的絕妙功能：

用清晰的振動(dòng)提醒用戶(hù)左轉或右轉

當用戶(hù)已經(jīng)達到里程數時(shí)提醒用戶(hù)

通過(guò)提供振動(dòng)節拍器來(lái)幫助用戶(hù)保持步速或節奏(我可能會(huì )用到這個(gè)功能)

在收到短信或有電話(huà)打進(jìn)來(lái)時(shí)提醒用戶(hù)

甚至會(huì )用清晰的蜂鳴聲提醒用戶(hù)應該去鍛煉了

使用觸覺(jué)反饋來(lái)提供導航提示的方法很多。想一想走路或跑步時(shí)鞋子內的振動(dòng)反饋(圖1)。當你到達轉彎處時(shí)，左腳或右腳的鞋子將告訴你下一個(gè)方向。這對于跑步者、登山者、徒步旅行者、自行車(chē)愛(ài)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(dòng)的過(guò)程中需要知道前進(jìn)的方向。諸如此類(lèi)的觸覺(jué)反饋應用還能夠幫助有視覺(jué)障礙的人輕松游走于大城市中。

圖1.鞋子中使用的觸覺(jué)反饋應用示例

不喜歡跑步?自行車(chē)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(chē)當中。而自行車(chē)與騎車(chē)人之間通信的主要方式就是觸覺(jué)反饋。自行車(chē)與你的手機互連，并通過(guò)左右車(chē)把或車(chē)座上的蜂鳴聲告訴你方向。你的手根本就不用離開(kāi)車(chē)把，非常方便。當你在快速騎行時(shí)，你肯定不想掏出手機看方向，所以就讓自行車(chē)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(chē)把可以提醒騎行英里數、速度踏頻，甚至是朋友發(fā)來(lái)的短信。

圖2. 自行車(chē)車(chē)把中，觸覺(jué)反饋的使用示例

在導航方面，觸覺(jué)反饋還有很多其它用途。一個(gè)專(zhuān)門(mén)用途就是支持觸覺(jué)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的導航提示。當士兵不能通話(huà)時(shí)，他們可以使用觸覺(jué)反饋進(jìn)行通信。觸覺(jué)反饋提示可以是基于GPS的局部導航方向、兩個(gè)士兵之間或者一組士兵之間更加復雜的通信，甚至是遙控機器人與障礙物碰撞避免的振動(dòng)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(dòng)腰帶項目。

對于輔助性應用，觸覺(jué)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(hù)前面的物體，觸覺(jué)反饋將提供物體與用戶(hù)之間的距離。觸覺(jué)反饋還在與智能手機上的導航功能相連接時(shí)提供左右導航命令。

觸覺(jué)導航系統

那么這種系統長(cháng)什么樣呢?此系統由兩個(gè)主要部分組成：導航設備和觸覺(jué)用戶(hù)接口(圖3)。智能手表、智能手機、或者專(zhuān)用導航設備均可用來(lái)生成導航命令。這些命令被映射到特定的制動(dòng)器(例如，左右車(chē)把)，還有就是特定的觸覺(jué)效應(諸如用于急轉彎的三重蜂鳴聲)，然后通過(guò)Bluetooth®、 傳到Bluetooth微控制器 (MCU)。Bluetooth MCU解釋接收到的效應，然后觸發(fā)觸覺(jué)驅動(dòng)器來(lái)生成正確的觸覺(jué)振動(dòng)。

圖3-觸覺(jué)反饋系統方框圖

除了觸覺(jué)反饋塊，還需要一個(gè)處理器或微控制器、一個(gè)觸覺(jué)反饋驅動(dòng)器和一個(gè)制動(dòng)器。制動(dòng)器的類(lèi)型和型號有很多種。為了幫助縮小選擇范圍，以下內容概括了在選擇制動(dòng)器時(shí)需要考慮的關(guān)鍵參數。

制動(dòng)器類(lèi)型—主要有兩種類(lèi)型的振動(dòng)制動(dòng)器：離心旋轉質(zhì)量電機 (ERM) 和線(xiàn)性諧振致動(dòng)器 (LRA)

ERM是一種具有偏心質(zhì)量的傳統電機。當施加直流電壓時(shí)，偏心質(zhì)量開(kāi)始旋轉以產(chǎn)生力。

LRA是金屬外殼內的彈簧質(zhì)量系統。由于它們不但能夠產(chǎn)生很強的振動(dòng)力，而且能夠對施加的電壓快速做出相應，所以這些系統通常在智能手機中使用。這也使得LRA能夠產(chǎn)生點(diǎn)擊和復雜的振幅調制效應。

加速-通過(guò)測量加速度，可計算制動(dòng)器在運動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)力。較高的加速度對于產(chǎn)品的用戶(hù)吸引力很重要。對于諸如自行車(chē)車(chē)把的應用，應該使用較大的制動(dòng)器。要測量你系統中制動(dòng)器的性能，可使用現成的加速計。圖4顯示3中不同尺寸的ERM制動(dòng)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致的標準加速度，或者表示為9.8m/s2。