具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的方法和装置的例子。

如图1所示，本申请提供一种手套式脉搏波复现装置，包括：

手套本体，作为线性振动电机的载体；

线性振动电机(End-effector)，设置在所述手套本体的指腹位置，用于产生线性振动；

驱动单元(Driver)，与所述线性振动电机电连接，用于根据电压脉冲驱动所述线性振动电机进行振动；

控制单元(Controller)，用于执行一种脉搏波复现方法的操作步骤，将生成的电压脉冲序列V(t)输出至所述驱动单元。

本发明的硬件系统仅由Controller，Driver以及End-effector组成，Controller使用的是意法半导体公司Cortex M4系列的STM32F407ZGT6单片机，Driver驱动采用的是采用3片TI半导体公司生产的触觉驱动芯片DRV2605L，供电电压5V，驱动器输出信号的刷新频率为1KHz。End-effector使用的振动电机LRA采用的是AAC公司生产161128A-1030A线性振动电机(Z-Axis LRA Coin Vibration Motor)，最大驱动电压为5V，共振频率为168Hz。

一些实施例中，所述的手套式脉搏波复现装置还包括无线通信单元和电池；所述无线通信单元与所述控制单元电连接，用于通过无线信号接收脉搏波的原始数据；所述电池给所述驱动单元、控制单元和无线通信单元供电。系统采用锂电池7.2V供电。脉搏波指令由计算机无线传输给单片机，无线传输模块是2.4G wireless UART Serial Port模块(NRF24L01)。

本方案的硬件部分，主要包括三部分：1、controller，控制器可以是其他厂家生产的控制器，只要性能足够即可替代；2、driver，驱动器，可以是其他厂家生产额驱动器，只要性能足够即可替代；3、end-effector，脉搏波输出手套，包含特别设计的手套与LRA振动电机之间的耦合结构，手套可以用其他厂家的手套，只要面料舒适；LRA振动电机可以使用响应时间更高的电机。

本实施例的振动电机输出2g的响应时间是28ms左右，所以当需要的脉搏波响应加速度小于0.5g时候，响应时间将小于8ms。因此，市场上的振动电机使用同类型参数的LRA电机可以替代本实施例的电机，也可以使用性能更优越的压电陶瓷振动电机(响应时间小于0.5ms)进行替代设计，那么得到的类似脉搏波复现系统的复现精度会更优，效果会更好。

如图2所示，为了方便用户穿戴，本申请设计了安装控制系统的硬件装配小盒Control box，通过魔术贴环绕并固定在用户小臂，撕开粘带，即可轻松将控制盒controlbox和手套脱下。

设计的模型映射单片机控制算法，LRA能输出对应的包络机械波形，即压力脉搏波，但是，为了能够尽可能将LRA产生的振动机械能传递给手指，需要有两个条件：1、LRA振动机械能传递给手指的过程中应尽量减少将机械波传递到别的介质；2、机械波在传递过程中，减少LRA在手指指腹面与包覆织物间晃动产生间隙而引起机械能自耗。

因此，制作如图2右侧所示的黑色Hap-pulse手套，手套与LRA耦合细节设计如图2中左侧放大图。将手套LRA对应的手套布料剪除，垫上一片直径大于剪除空洞的硅胶层，作为LRA的弹性固定衬底，并使用织物布料包覆LRA下表面，将边沿与手套指尖布料缝合，保证LRA机械振动输出面与手指指腹保持运动过程的持续接触，可最大化将LRA的机械能传递给手指，减少脉搏机械波失真。

手指与LRA之间的silicone layer，厚度2.2mm，直径6mm，质量2.5g，柔软程度与人体食指表皮接近。该设计可有效缓冲LRA的加速度输出的“刚性”，利用软体材料的吸振特点，滤除高频噪声的纹波振动，有效提升脉搏波输出到触诊者手指皮肤机械波的连续性，从而增加Hap-pulse号脉体验的真实感，近似为真实号脉的真实皮肤柔韧接触触感。

本申请的手套式脉搏波复现装置具备硬件设备简单、可穿戴、便携等优点，相比目前的脉搏复现装置，本脉搏复现手套可以实现三指脉搏波复现，且利用电机即可完成脉搏波复现，不需要其他庞大机械结构系统，也不需要复杂的液压系统，同时本系统设计的硅胶结构，硅胶与人手接触，到最优的脉搏波号脉感受效果。

图3是根据一示例性实施例示出的一种脉搏波复现方法的流程图。该方法可以包括以下步骤：

步骤S1：将脉搏波的原始数据进行去极点均值滤波处理；

步骤S2：通过多项式拟合方法，拟合出滤波后的脉搏波的数学模型g(t)；

步骤S3：根据数学模型g(t)产生对应的电压脉冲序列V(t)；

步骤S4：采用电压脉冲序列V(t)驱动线性振动电机进行运动。

本申请的方案系统构成简单，仅采用机电系统，没有复杂的液压系统，因而体积小，能够设计为便携、可穿戴的手套式形态；成本低、可移植性强，很容易将本方案应用到任一有脉搏需求的系统中。

下面结合具体的应用场景，对本申请的方案进行拓展说明。

本申请方案的设计思路是，通过高频振动电机(约200Hz)去模拟低频的脉搏波(约1Hz)，因此软件算法上本发明设计的是包络输出算法。使用高频的LRA振动电机的输出包络出低频的脉搏波波形曲线。如图4所示，图中蓝色方波输出即为低频的LRA振动电机的输出a(V_i(t))，包络出的曲线g(t)即为输出的脉搏波波形，这个波形将会由用户带上手套的三个手指同时感受到。

从脉搏波PPG数据库的读取，到脉搏波原始数据的去极点均值滤波处理，再将去毛刺的脉搏波PPG曲线经过多项式拟合方法拟合出脉搏波的数学模型g(t)，再使用该模数学模型产生对应幅值的电压脉冲驱动振动电机运动，输出加速度力脉冲序列g(t_i)，该脉冲序列总用在人手指，即可感受到包络输出的脉搏波轮廓曲线其算法过程如图5所示。

PPG(photoplethysmogram)是一种通过光学技术手段获得的脉搏搏动导致的血管容积周期变化的曲线，具有非侵入，易测量，低成本等优点。目前具有至少四个公开的PPG数据库可供学习或研究；其原理上来讲是通过LED光照射血管，血压周期波动引起的血管体积变化使得光感接收器接收到光量发生变化，从而可视化压力脉搏波，也就是PPG技术是脉搏压力非侵入式检测的一种反映手段。故，PPG数据库数据本质上是量化的脉搏波压力变化的数据，而目前的四种公开的PPG数据库也都是从各种状态(平静，运动等状态)下的人的不同体表部位(如手腕，手指尖等)通过PPG脉搏波测量技术测试获得的。

为更清晰地描述本申请的技术方案，选取一个PPG波形数据的一个周期的数据组为例，具体阐述本申请的包络输出算法。设该组数据为[x]，其图像如图6所示，具有很多毛刺，无法进行拟合，需要采用本算法设计的去极点均值数字滤波器处理，滤波函数为：

基本思想是，使用MATLAB软件读入PPG原始数据集[x]，将一个周期的PPG数据平均切分成k个片段，每个片段为长σ，编号i，对每段使用去极值均化滤波器(1)得到一个a_i，处理完整个波形后，得到一个周期平滑PPG数据[a]，如图7中的蓝色曲线为滤波后的曲线。然后对滤波后的平滑曲线采用4阶多项式(2)拟合，该过程使用matlab中的多项式拟合工具。拟合后的曲线如图7中的橘色曲线。

其中，x为待拟合变量，此处变量分为数据集[a]，b₀、b₁、b₂、b₃、b₄为4阶多项式拟合常系数。

在拟合过程中，给定拟合条件是：拟合精度r值大于0.99，则完成达到拟合精度要求，输出拟合方程；反之，则缩短每个片段的长度σ，即增加切分片段数量k(拟合参数调整过程)，再次进行拟合，直到满足拟合精度r>0.99。如图7所示的曲线拟合结果，其r值为0.99988，图中实线曲线即为满足精度要求的拟合模型结果。

得到拟合数学模型g(t)后，该模型是一个由PPG数据库的数据经过正则化处理(PPG中的数据一律映射成0-1)，再拟合得到的数据，因此该拟合数学模型g(t)的值域是0到1(如图7中的Normalized Amplitude)，而在算法设计上，将函数乘以一个倍数β，得到硬件系统控制的振动电机的驱动电压规律V(t)，即有下式(3)，用户即感受到振动电机的输出振动

其中，i别是脉搏波PPG曲线的拟合的序号和分割片段数，V_gj(t)即为在每一时刻t时，(3)式计算的振动电机驱动电压输出值。易得：g(0)＝V(0)，g(t)_max＝V(t)_max。

本申请采用上述技术方案，可以实现三手指同时复现多种脉搏波，将真实的人体脉搏波数据导入计算机后，本复现系统即可利用上文描述的本发明设计的脉搏波包络输出算法，即可包络输出多种脉搏波。

本申请还提供如下的实施例：

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现一种脉搏波复现方法：将脉搏波的原始数据进行去极点均值滤波处理；通过多项式拟合方法，拟合出滤波后的脉搏波的数学模型g(t)；根据数学模型g(t)产生对应的电压脉冲序列V(t)；采用电压脉冲序列V(t)驱动线性振动电机进行运动。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。