專(zhuān)利名稱(chēng)：骨架式力覺(jué)反饋裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，是一種計(jì)算機(jī)人機(jī)交互接口，應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的人機(jī)接觸交互接口，機(jī)器人遙操作領(lǐng)域中的力覺(jué)臨場(chǎng)感系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在虛擬環(huán)境之中，能否讓用戶(hù)產(chǎn)生“沉浸感”的關(guān)鍵因素之一是用戶(hù)能否用他的手或身體的其它能動(dòng)部位去操作虛擬物體，并在操作的同時(shí)感受到虛擬物體真實(shí)的作用力。數(shù)據(jù)手套可以將操作者靈活多變的手勢(shì)及空間方位信息實(shí)時(shí)地傳送給虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，從而可以實(shí)時(shí)生成虛擬手與虛擬物體接近或遠(yuǎn)離的圖像，使操作者自然而然地將自己的意識(shí)或操作方式傳送至交互對(duì)象中去。數(shù)據(jù)手套如果沒(méi)有提供力覺(jué)反饋功能，就很難讓用戶(hù)有抓握物體的真實(shí)感覺(jué)。例如，在現(xiàn)實(shí)生活中，當(dāng)人用手握住一個(gè)水杯時(shí)，手指的形狀應(yīng)該與杯子的外形相一致，有時(shí)為了轉(zhuǎn)移或發(fā)泄憤怒的情緒而使勁握杯子，手會(huì)感到麻木或者疼痛。在虛擬環(huán)境中，當(dāng)手握住虛擬物體時(shí)，如果沒(méi)有感覺(jué)到反作用力，不給用戶(hù)手指的運(yùn)動(dòng)施加一定的約束，盡管此時(shí)在視覺(jué)顯示上可能已經(jīng)看到手碰到物體，用戶(hù)的手還是可能會(huì)一直往里握進(jìn)杯子。因此沒(méi)有力覺(jué)反饋?zhàn)饔玫南到y(tǒng)至少有兩個(gè)缺點(diǎn)首先是缺乏真實(shí)感；其次，為了避免手握進(jìn)杯子這樣不現(xiàn)實(shí)的圖像出現(xiàn)，不得不在視覺(jué)計(jì)算中加上某些物理約束條件，這給視覺(jué)圖像方面的計(jì)算帶來(lái)了麻煩。力覺(jué)反饋裝置能夠有效地解決這類(lèi)問(wèn)題。
第一個(gè)力反饋裝置是Goertz等在50年代開(kāi)發(fā)的用于核環(huán)境下的遙操作系統(tǒng)。之后，Brooks領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在90年代初把這種機(jī)械臂作為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的力反饋接口。1992年，Burdea等開(kāi)發(fā)出了一種輕便的力反饋手套“Rutgers Master”。接著出現(xiàn)了各種商業(yè)用途的力反饋裝置，例如“PHANToMTM”(Massie，Salisbury，1994)，“Impulse Engine”(Jackson and Rosenberg，1995)，“CyberGraspTM”(Immersion，1998)。此外，最近幾年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)游戲的發(fā)展，具有力反饋功能的游戲桿的應(yīng)用也越來(lái)越普遍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種力覺(jué)反饋裝置，為骨架式結(jié)構(gòu)，是一種用于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的力覺(jué)反饋接口，具有靈巧、輕便、易用、可靠、安全、允許的活動(dòng)空間大等特點(diǎn)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種骨架式力覺(jué)反饋裝置，用于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的力覺(jué)反饋接口，包括比例電磁鐵執(zhí)行元件，鋼絲繩-彈簧管傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及安裝在手部的骨架機(jī)構(gòu)三個(gè)部分，比例電磁鐵作為執(zhí)行元件，通過(guò)鋼絲繩-彈簧管傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和骨架機(jī)構(gòu)傳遞驅(qū)動(dòng)力至手指的指頭；以及基于DSP的嵌入式閉環(huán)控制系統(tǒng)。
所述的力覺(jué)反饋裝置，其所述的比例電磁鐵執(zhí)行元件，包括比例電磁鐵、支架，比例電磁鐵的上平面與箱式支架的底平面固連；在箱式支架的容室內(nèi)設(shè)有連桿位移放大機(jī)構(gòu)，連桿位移放大機(jī)構(gòu)包括動(dòng)鐵芯、軸承、連桿、復(fù)位彈簧，其中，位于支架側(cè)壁下部，軸承水平固設(shè)于兩側(cè)壁上，軸承上正交固連有連桿，軸承為連桿的旋轉(zhuǎn)軸；由軸承的軸心線(xiàn)起算，在連桿的三分之一處垂設(shè)一動(dòng)鐵芯，動(dòng)鐵芯上端通過(guò)軟線(xiàn)體與連桿相連，下端朝向比例電磁鐵上方磁場(chǎng)；在連桿的遠(yuǎn)端頭上方設(shè)有復(fù)位彈簧，復(fù)位彈簧下端與連桿上表面固接，上端與支架上蓋板下表面固接，復(fù)位彈簧為拉伸彈簧，彈簧中心軸線(xiàn)相對(duì)的位置，在連桿與上蓋板上都設(shè)有通孔。
所述的力覺(jué)反饋裝置，其所述的鋼絲繩-彈簧管傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，由彈簧管和鋼絲繩組成，彈簧管套于鋼絲繩的外周圓；彈簧管下端與上蓋板上表面固連，上部與骨架機(jī)構(gòu)固連；鋼絲繩下端穿過(guò)上蓋板上與連桿上的通孔，并穿過(guò)復(fù)位彈簧中心與連桿位移放大機(jī)構(gòu)中的連桿動(dòng)連接，另一端從彈簧管上口中伸出。
所述的力覺(jué)反饋裝置，其所述的骨架機(jī)構(gòu)，由骨架、調(diào)節(jié)螺母、緊固螺母、滑輪、指套和固定套組成，其中，骨架主體為口字型框體，框體兩上角各有一揚(yáng)起的支架，一支架上設(shè)有調(diào)節(jié)螺母，另一支架上設(shè)有滑輪；彈簧管上端穿過(guò)支架及支架上的調(diào)節(jié)螺母，由調(diào)節(jié)螺母的旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)節(jié)彈簧管的前后位置，并將彈簧管固定在骨架上；滑輪側(cè)周圓上有一圈″V″型槽，從彈簧管上口中伸出的鋼絲繩經(jīng)由″V″型槽繞過(guò)滑輪，與滑輪動(dòng)接觸，其末端頭與指套固接，指套與手指的指頭相適配；骨架口字型框體底邊為一弧形面，弧形面與手指相適配，弧形面上穿設(shè)有固定套，固定套上弧部中點(diǎn)連接有螺栓，螺栓穿過(guò)骨架口字型框體上邊框后與緊固螺母連接。
所述的力覺(jué)反饋裝置，其所述的指套為環(huán)形，環(huán)形指套的正下部為硬質(zhì)墊片，硬質(zhì)墊片上表面設(shè)有壓力傳感器，壓力傳感器與手指的指頭相接觸。
所述的力覺(jué)反饋裝置，其所述的基于DSP的嵌入式閉環(huán)控制系統(tǒng)，它通過(guò)串行端口實(shí)時(shí)接收來(lái)自虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的控制指令，把指端力覺(jué)反饋裝置中的力傳感器的輸出信號(hào)作為反饋，通過(guò)內(nèi)嵌的智能PID控制算法對(duì)反饋力進(jìn)行閉環(huán)控制，使得作用在操作者手指上的反饋力迅速而準(zhǔn)確地跟蹤控制指令。
所述的力覺(jué)反饋裝置，它能在操作者手指末端產(chǎn)生力覺(jué)反饋，對(duì)手指的局部運(yùn)動(dòng)有一定的約束，可以有效防止虛擬手指不必要地嵌入虛擬物體中。
本發(fā)明具有靈巧、輕便、易用、可靠、安全、允許的活動(dòng)空間大等特點(diǎn)。該力覺(jué)反饋裝置的執(zhí)行元件采用比例電磁鐵，通過(guò)控制其電流可以使其產(chǎn)生出大小可控的驅(qū)動(dòng)力；系統(tǒng)采用鋼絲繩-彈簧管結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)方式把比例電磁鐵的驅(qū)動(dòng)力傳遞到指端；指端力覺(jué)反饋裝置是一種安裝在手指上的骨架式機(jī)構(gòu)，它把反饋力作用在操作者的手指上。
本發(fā)明采用了基于DSP的嵌入式控制系統(tǒng)，內(nèi)嵌的智能PID控制算法使得該力覺(jué)反饋系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確地跟蹤虛擬環(huán)境的反饋力控制指令。該系統(tǒng)能在為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的操作者提供反饋力的同時(shí)，對(duì)手指的局部運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一定的約束，有效防止虛擬手指不必要地嵌入虛擬物體中，從而使操作者可以去“觸摸”和“感覺(jué)”與之交互的仿真對(duì)象，體驗(yàn)到更加真實(shí)的反饋力，以增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的“互動(dòng)性”和“沉浸感”。


圖1為本發(fā)明骨架式力覺(jué)反饋裝置示意圖；圖2為本發(fā)明比例電磁鐵及連桿位移放大機(jī)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明力覺(jué)反饋裝置指端部結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1、圖2所示，骨架式力覺(jué)反饋裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括比例電磁鐵執(zhí)行元件，鋼絲繩-彈簧管傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及安裝在手部的骨架機(jī)構(gòu)三個(gè)組成部分。電磁鐵執(zhí)行元件包括比例電磁鐵1、支架2，比例電磁鐵1的上平面與箱式支架2的底平面固連；在箱式支架2的容室內(nèi)設(shè)有連桿位移放大機(jī)構(gòu)，連桿位移放大機(jī)構(gòu)包括動(dòng)鐵芯21、軸承22、連桿23、復(fù)位彈簧24，其中，位于支架2側(cè)壁下部，軸承22水平固設(shè)于兩側(cè)壁上，軸承22上正交固連有連桿23，軸承22為連桿23的旋轉(zhuǎn)軸；由軸承22的軸心線(xiàn)起算，在連桿23的三分之一處垂設(shè)一動(dòng)鐵芯21，動(dòng)鐵芯21上端通過(guò)軟線(xiàn)體(本實(shí)施例為鋼絲繩)與連桿23相連，下端朝向比例電磁鐵1上方磁場(chǎng)；在連桿23的遠(yuǎn)端頭上方設(shè)有復(fù)位彈簧24，復(fù)位彈簧24下端與連桿23上表面固接，上端與支架2上蓋板下表面固接，復(fù)位彈簧24為拉伸彈簧，彈簧中心軸線(xiàn)相對(duì)的位置，在連桿23與上蓋板上都設(shè)有通孔。
鋼絲繩-彈簧管傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3由彈簧管31和鋼絲繩32組成，彈簧管31套于鋼絲繩32的外周圓。彈簧管31下端與上蓋板上表面固連，上部與骨架4固連。鋼絲繩32下端穿過(guò)上蓋板上與連桿23上的通孔，并穿過(guò)復(fù)位彈簧24中心與連桿位移放大機(jī)構(gòu)中的連桿23動(dòng)連接，另一端從彈簧管31上口中伸出。
骨架機(jī)構(gòu)由骨架4、調(diào)節(jié)螺母5、緊固螺母6、滑輪7、指套8和固定套9組成。其中，骨架4主體為口字型框體，框體兩上角各有一揚(yáng)起的支架，一支架上設(shè)有調(diào)節(jié)螺母5，另一支架上設(shè)有滑輪7。彈簧管31上端穿過(guò)支架及支架上的調(diào)節(jié)螺母5，由調(diào)節(jié)螺母5的旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)節(jié)彈簧管31的前后位置，并將彈簧管31固定在骨架4上?；?側(cè)周圓上有一圈″V″型槽，從彈簧管31上口中伸出的鋼絲繩32經(jīng)由″V″型槽繞過(guò)滑輪7，與滑輪7動(dòng)接觸，其末端頭與指套8固接，指套8與手指10的指頭相適配。骨架4口字型框體底邊為一弧形面，弧形面與手指10相適配，弧形面上穿設(shè)有固定套9，固定套9上弧部中點(diǎn)連接有螺栓，螺栓穿過(guò)骨架4口字型框體上邊框后與緊固螺母6連接。
本發(fā)明中比例電磁鐵1具有體積小、驅(qū)動(dòng)力大、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因此骨架式力覺(jué)反饋裝置采用比例電磁鐵1作為執(zhí)行元件。骨架式采用的比例電磁鐵1的額定電流為0.8A，最大位移為7mm，最大輸出力為45N。如果直接采用額定的輸出位移，不能很好地滿(mǎn)足力覺(jué)反饋裝置對(duì)手指動(dòng)態(tài)范圍的需要。而45N的額定輸出力則已經(jīng)超出了對(duì)反饋力的要求。因此，力覺(jué)反饋裝置采用了放大機(jī)構(gòu)對(duì)比例電磁鐵1的位移進(jìn)行放大。
本發(fā)明中的骨架4是整個(gè)裝置中最為重要的一個(gè)部分，它固定在用戶(hù)的手指10上起著支撐作用。經(jīng)特殊加工過(guò)的調(diào)節(jié)螺母5的內(nèi)羅紋可以與彈簧管31的外羅紋緊密配合。旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母5可以調(diào)節(jié)鋼絲繩32和彈簧管31的伸出長(zhǎng)度L，以適應(yīng)不同操作者的手的大小。鋼絲繩32穿過(guò)滑輪7的″V″型槽與指套8相連，滑輪7的采用大大減小了鋼絲繩32運(yùn)動(dòng)的摩擦力。固定套9用于將骨架4與用戶(hù)的手固定在一起。調(diào)節(jié)緊固螺母6可以升降固定套9，以調(diào)節(jié)骨架4與手固定的松緊程度。這樣用戶(hù)就可以在無(wú)需外人幫助的情況下很方便地進(jìn)行拆裝。整個(gè)骨架4采用硬質(zhì)合金鋁經(jīng)線(xiàn)切割加工而成，十分輕便，因而用戶(hù)不會(huì)有負(fù)重感。
鋼絲繩32末端與指套8相連，通過(guò)指套8把比例電磁鐵1的驅(qū)動(dòng)力通過(guò)鋼絲繩-彈簧管傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3施加到用戶(hù)的指端，其間的長(zhǎng)度最大可達(dá)1米。由于所采用的鋼絲繩-彈簧管傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3具有很好的柔性，所以不會(huì)妨礙用戶(hù)手部的運(yùn)動(dòng)。采用這種傳動(dòng)方式也使得操作者手部的反饋機(jī)構(gòu)與執(zhí)行元件得以分離，減輕了操作者手的負(fù)重，同時(shí)也擴(kuò)大了操作者的活動(dòng)空間。
比例電磁鐵1上方電磁場(chǎng)對(duì)動(dòng)鐵芯21作用，產(chǎn)生一向下的驅(qū)動(dòng)力F1，因動(dòng)鐵芯21與連桿23相連，亦為連桿23提供一個(gè)向下的驅(qū)動(dòng)力F1。連桿23的另一端與鋼絲繩-彈簧管傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3的鋼絲繩32相連。在支架2上蓋板和骨架機(jī)構(gòu)的骨架4之間，彈簧管31成拉伸狀態(tài)。這種狀態(tài)一方面可以對(duì)其中的鋼絲繩32的運(yùn)動(dòng)起到約束作用，使其不產(chǎn)生彎曲褶皺；另一方面在動(dòng)鐵芯21上施加了一個(gè)與支架2內(nèi)部復(fù)位彈簧24相一致的復(fù)位力，為電磁鐵1的快速?gòu)?fù)位提供了動(dòng)力。正是因?yàn)閺?fù)位彈簧24復(fù)位力的存在，才使得電磁鐵1能在電流的控制下做雙向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
如圖2中所示，兩個(gè)力臂的長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1和L2，其中L2＝3L1。比例電磁鐵1對(duì)動(dòng)鐵芯21產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力為F1，則對(duì)鋼絲繩-彈簧管傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3產(chǎn)生的拉力F2＝1/3F1。比例電磁鐵1對(duì)鋼絲繩-彈簧管傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3的鋼絲繩32的驅(qū)動(dòng)行程擴(kuò)大了3倍，達(dá)到了21mm，使該裝置具有了足夠大的位移量。
在力覺(jué)反饋裝置中，為了對(duì)反饋力進(jìn)行閉環(huán)控制，必須檢測(cè)作用于用戶(hù)的反饋力的大小。一些系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流來(lái)間接獲得反饋力，而有一些系統(tǒng)在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的鋼絲繩上安裝力傳感器來(lái)測(cè)量反饋力。本發(fā)明的裝置采用在指套中安裝力傳感器的方法，直接檢測(cè)力覺(jué)反饋裝置施加在操作者指端的作用力。如圖3所示，為指套8結(jié)構(gòu)示意圖，鋼絲繩32經(jīng)滑輪7的″V″型槽繞過(guò)，與環(huán)形指套8的上部動(dòng)連接，環(huán)形指套8的正下部為硬質(zhì)墊片81，硬質(zhì)墊片81上表面設(shè)有壓力傳感器82，壓力傳感器82與手指10的指頭相接觸。因?yàn)楸景l(fā)明的力傳感器是在作用點(diǎn)處直接對(duì)反饋力進(jìn)行檢測(cè)，所以檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確。本裝置采用的力傳感器是美國(guó)Interlink Electronics公司生產(chǎn)的FSR。這種厚度為0.25mm的力傳感器具有良好的柔韌性和力響應(yīng)特性，其測(cè)力范圍為0.098N-98N。
當(dāng)本發(fā)明的裝置為操作者提供力反饋時(shí)，在比例電磁鐵1的驅(qū)動(dòng)下，鋼絲繩32牽引著指套8在操作者的指尖上產(chǎn)生反饋力，壓力傳感器82檢測(cè)反饋力的大小，并把它作為力閉環(huán)控制器的反饋量，使作用在指尖的反饋力實(shí)時(shí)跟隨所期望的反饋力。
本發(fā)明骨架式力覺(jué)反饋裝置的控制采用了基于T工公司的DSP(TMS320LF2407 Digital Signal Processor)的嵌入式控制系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。其高速串行通訊口可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)115200bps波特率的全雙工通信，它實(shí)時(shí)從運(yùn)行虛擬現(xiàn)實(shí)仿真程序的上位機(jī)接收控制指令，該指令即為骨架式力覺(jué)反饋裝置閉環(huán)控制的給定量。高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)采集骨架式力覺(jué)反饋裝置施加在用戶(hù)指端的作用力，并計(jì)算出當(dāng)前的誤差量。DSP內(nèi)核具有的強(qiáng)大運(yùn)算能力，它由當(dāng)前的誤差根據(jù)智能PID控制算法實(shí)時(shí)計(jì)算出當(dāng)前的控制量，使系統(tǒng)迅速而準(zhǔn)確地跟蹤控制的大小，使操作者體驗(yàn)到真實(shí)的反饋力。
權(quán)利要求
1.一種骨架式力覺(jué)反饋裝置，用于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的力覺(jué)反饋接口，其特征在于包括比例電磁鐵執(zhí)行元件，鋼絲繩-彈簧管傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及安裝在手部的骨架機(jī)構(gòu)三個(gè)部分，比例電磁鐵作為執(zhí)行元件，通過(guò)鋼絲繩-彈簧管傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和骨架機(jī)構(gòu)傳遞驅(qū)動(dòng)力至手指的指頭；以及基于DSP的嵌入式閉環(huán)控制系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的力覺(jué)反饋裝置，其特征在于，所述的比例電磁鐵執(zhí)行元件，包括比例電磁鐵、支架，比例電磁鐵的上平面與箱式支架的底平面固連；在箱式支架的容室內(nèi)設(shè)有連桿位移放大機(jī)構(gòu)，連桿位移放大機(jī)構(gòu)包括動(dòng)鐵芯、軸承、連桿、復(fù)位彈簧，其中，位于支架側(cè)壁下部，軸承水平固設(shè)于兩側(cè)壁上，軸承上正交固連有連桿，軸承為連桿的旋轉(zhuǎn)軸；由軸承的軸心線(xiàn)起算，在連桿的三分之一處垂設(shè)一動(dòng)鐵芯，動(dòng)鐵芯上端通過(guò)軟線(xiàn)體與連桿相連，下端朝向比例電磁鐵上方磁場(chǎng)；在連桿的遠(yuǎn)端頭上方設(shè)有復(fù)位彈簧，復(fù)位彈簧下端與連桿上表面固接，上端與支架上蓋板下表面固接，復(fù)位彈簧為拉伸彈簧，彈簧中心軸線(xiàn)相對(duì)的位置，在連桿與上蓋板上都設(shè)有通孔。
3.如權(quán)利要求1所述的力覺(jué)反饋裝置，其特征在于，所述的鋼絲繩-彈簧管傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，由彈簧管和鋼絲繩組成，彈簧管套于鋼絲繩的外周圓；彈簧管下端與上蓋板上表面固連，上部與骨架機(jī)構(gòu)固連；鋼絲繩下端穿過(guò)上蓋板上與連桿上的通孔，并穿過(guò)復(fù)位彈簧中心與連桿位移放大機(jī)構(gòu)中的連桿動(dòng)連接，另一端從彈簧管上口中伸出。
4.如權(quán)利要求1所述的力覺(jué)反饋裝置，其特征在于，所述的骨架機(jī)構(gòu)，由骨架、調(diào)節(jié)螺母、緊固螺母、滑輪、指套和固定套組成，其中，骨架主體為口字型框體，框體兩上角各有一揚(yáng)起的支架，一支架上設(shè)有調(diào)節(jié)螺母，另一支架上設(shè)有滑輪；彈簧管上端穿過(guò)支架及支架上的調(diào)節(jié)螺母，由調(diào)節(jié)螺母的旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)節(jié)彈簧管的前后位置，并將彈簧管固定在骨架上；滑輪側(cè)周圓上有一圈″V″型槽，從彈簧管上口中伸出的鋼絲繩經(jīng)由″V″型槽繞過(guò)滑輪，與滑輪動(dòng)接觸，其末端頭與指套固接，指套與手指的指頭相適配；骨架口字型框體底邊為一弧形面，弧形面與手指相適配，弧形面上穿設(shè)有固定套，固定套上弧部中點(diǎn)連接有螺栓，螺栓穿過(guò)骨架口字型框體上邊框后與緊固螺母連接。
5.如權(quán)利要求1所述的力覺(jué)反饋裝置，其特征在于，所述的指套為環(huán)形，環(huán)形指套的正下部為硬質(zhì)墊片，硬質(zhì)墊片上表面設(shè)有壓力傳感器，壓力傳感器與手指的指頭相接觸。
6.如權(quán)利要求1所述的力覺(jué)反饋裝置，其特征在于，所述的基于DSP的嵌入式閉環(huán)控制系統(tǒng)，它通過(guò)串行端口實(shí)時(shí)接收來(lái)自虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的控制指令，把指端力覺(jué)反饋裝置中的力傳感器的輸出信號(hào)作為反饋，通過(guò)內(nèi)嵌的智能PID控制算法對(duì)反饋力進(jìn)行閉環(huán)控制，使得作用在操作者手指上的反饋力迅速而準(zhǔn)確地跟蹤控制指令。
7.如權(quán)利要求1所述的力覺(jué)反饋裝置，其特征在于，它能在操作者手指末端產(chǎn)生力覺(jué)反饋，對(duì)手指的局部運(yùn)動(dòng)有一定的約束，可以有效防止虛擬手指不必要地嵌入虛擬物體中。
全文摘要
本發(fā)明骨架式力覺(jué)反饋裝置涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的人機(jī)接觸交互接口。該裝置包括比例電磁鐵執(zhí)行元件，鋼絲繩－彈簧管傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及安裝在手部的骨架機(jī)構(gòu)三個(gè)部分，比例電磁鐵作為執(zhí)行元件，通過(guò)鋼絲繩－彈簧管傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和骨架機(jī)構(gòu)傳遞驅(qū)動(dòng)力至手指的指頭；以及基于DSP的嵌入式閉環(huán)控制系統(tǒng)。本發(fā)明通過(guò)控制電流使比例電磁鐵產(chǎn)生出大小可控的驅(qū)動(dòng)力，由鋼絲繩－彈簧管結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)方式把力傳遞到指端，把反饋力作用在操作者的手指上。為了對(duì)反饋力進(jìn)行精確控制，本發(fā)明采用了基于DSP的嵌入式控制系統(tǒng)，能夠快速準(zhǔn)確地跟蹤虛擬環(huán)境的反饋力控制指令。本發(fā)明對(duì)手指的局部運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一定的約束，有效防止虛擬手指嵌入虛擬物體中。
文檔編號(hào)G06F3/00GK1713114SQ200410048230
公開(kāi)日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2004年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月15日
發(fā)明者朱海兵, 原魁 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所